電池模組作為電動汽車上的主要儲能元件,是電動汽車的關(guān)鍵部件,直接影響電動汽車的性能。電池模組在使用過程中,由于內(nèi)部電芯具有一定的內(nèi)阻,在正常工作時會產(chǎn)生一定熱量,使模組內(nèi)部溫度升高。電芯的正常工作溫度范圍是15～35℃,超過60℃會產(chǎn)生一定的安全隱患,熱量的產(chǎn)生與迅速堆積必然使電池內(nèi)部溫度升高,尤其在高溫環(huán)境下使用或者在大電流充放電時,可能會引發(fā)電池內(nèi)部發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生大量的熱。若熱量來不及散出而在電池內(nèi)部迅速積聚,電池可能會出現(xiàn)漏液、放氣、冒煙等現(xiàn)象,嚴(yán)重時電池發(fā)生劇烈燃燒甚至爆炸。為了杜絕這一危險,需要對電池模組進(jìn)行散熱,從而避免電芯長時間處于高溫狀態(tài),進(jìn)而影響電芯的性能,降低電芯的使用壽命。

液冷板工作的原理是電池工作產(chǎn)生的多余熱量,通過與板型鋁質(zhì)器件表面接觸的方式傳遞,液冷系統(tǒng)利用液體流動換熱系數(shù)較大的特性,依靠液體流動轉(zhuǎn)移高熱量,最終被器件內(nèi)部流道中通過的冷卻液帶走。

電池模組對液冷板有一定的要求。首先是散熱功率大,能夠快速把模組產(chǎn)生的熱量帶走,防止溫度的急劇攀升;其次是可靠性高,車輛在道路中行走,處于工作狀態(tài)的電池包要經(jīng)過各種環(huán)境的檢測,振動、沖擊、高低溫等比較嚴(yán)酷的工作環(huán)境,動力電池包的工作電壓動輒幾百伏,冷卻液的泄露將會成為一個非常嚴(yán)峻的問題,即使使用絕緣性能好的冷卻液,但遇到外部物質(zhì)的摻雜后,也會立即降低它的絕緣性能,造成一定的安全風(fēng)險,因此,液冷板密封可靠性很重要;再者是散熱設(shè)計要精準(zhǔn),避免系統(tǒng)內(nèi)溫差過大,工作溫度對電池的性能和老化有著很重要的影響;最后是對重量的要求,電池包目前注重輕量化,這就要求包內(nèi)每個部件都要做到輕量化,如果液冷板占取太多的重量,會直接影響電池模組的能量密度,這是無法接受的。

針對以上問題,液冷板在設(shè)計的過程中一般采用鋁基板埋銅管,即將鋁基板用計算機(jī)數(shù)控技術(shù)加工銑槽,再采用沖壓機(jī)將已彎好形狀的銅管壓到鋁基板上面,然后進(jìn)行釬焊焊接。這種設(shè)計,一方面鋁的輕量化起到減重及成本的控制作用,另一方面使銅管的高導(dǎo)熱性能也得到了充分的利用。最后設(shè)置兩個進(jìn)出口,注入相應(yīng)的液體制冷劑,一般為水或者水和有機(jī)醇的混合物(醇可以防止水在低溫下結(jié)冰),水泵控制液體的循環(huán)流通。以水或者其與有機(jī)醇的混合液作為液冷散熱劑,是因為在物理學(xué)中,水的熱傳導(dǎo)系數(shù)和比熱容都比空氣大很多,熱傳導(dǎo)速度快,升溫比較慢,所以說水是一種比較理想的散熱介質(zhì)。在電池包中,因為根據(jù)環(huán)境的不同,在低溫環(huán)境出現(xiàn)時,水容易結(jié)冰,對散熱非常不利,為了解決這個問題,一般采用水和有機(jī)醇的混合比例作為制冷劑,結(jié)果得到了很好的驗證。

液冷是指通過電池包內(nèi)部冷卻管路還有冷板的冷卻液，帶走這個電池在工作中所產(chǎn)生的一個熱量，來降低這個電池的溫度。優(yōu)勢是它的換熱系數(shù)高，熱能量大，冷卻效率快，電池的一致性比較顯著。劣勢是因為液體存在于內(nèi)部，所以在一個密封空間內(nèi)安全性能是比較高的。相比于風(fēng)冷、自然冷卻，成本也相對較低。