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动力电池热管理系统-动力电池冷媒直冷技术

电源技术 | 发布时间:2019-03-03 | 人气: | #评论# | 本文关键字:蓄电池,动力电池
摘要:冷媒直冷技术原理与空调相同,即利用压缩机将制冷剂气体压缩成高温高压的气体,进入前端冷凝器后,制冷剂气体被冷凝成高温中压的液体;高温中压的液体通过膨胀阀膨胀,变成低温低压

冷媒直冷技术原理与空调相同,即利用压缩机将制冷剂气体压缩成高温高压的气体,进入前端冷凝器后,制冷剂气体被冷凝成高温中压的液体;高温中压的液体通过膨胀阀膨胀,变成低温低压的两相流(气液混合态)进入蒸发器;蒸发器可以是车舱空调蒸发器,也可以是电池包内的冷板;蒸发器内的制冷剂吸热不断蒸发,最后完全变成气体,通过膨胀阀回到压缩机;完成一整个循环;

实际上,从现有的液冷纯电动车热管理系统转到冷媒直冷系统,大概是如下图这样:

冷媒直冷系统相比液冷系统,其对比指标如下:

看完以上的表格和对比,相信很多人都会问:冷媒直冷这么好,为何大家现在都还是液冷系统?

主要是因为目前冷媒直冷系统难度比较大:

1.冷媒直冷技术最大的技术难点:电池蒸发器的均温设计非常困难,必须满足电池的均温要求;一般要求是电池系统内电芯之间温差不超过5℃(冷却工况+加热工况)

2.整体系统要求双并联蒸发器(甚至3并联蒸发器)之间实现精确控制,系统控制策略难度增大;由于两侧被冷却的部件热容和负荷变化差别很大,它的模式与家用空调多联机的模式不一样;目前无论国内外的系统集成供应商,都没有做过这方面的经验,当然不敢向主机厂提出这样做啦。。。

3.为了实现蒸发器的精确控制,最好采用电子膨胀阀;而带精确控制的电子膨胀阀比较贵;供应商太少;

4.需要额外的直接式加热装置用于低温加热;它引入新的问题;直接式加热目前为了保证安全,加了很多冗余的安全设计,造成成本和重量的大幅增加,完全没有发挥出直接式加热的优势;

那么以上几个问题有解决方法吗?当然还是有一些部分程度能解决的:

问题1:

蒸发器的均温设计和冷板的均温设计不同;这点一定要注意!两相流冷却的特点如下:

汽液混合态的制冷剂,入口不是最低温,出口一定是过热的最高温!所以蒸发器对应的壁面温度,也是很有意思的;

这点也是困扰了很多零部件供应商很久的难题,因为目前大部分的冷板类零部件供应商,其设计工程师基本都不懂汽液两相流流动和换热;所以传统主机厂依赖供应商设计的模式,是做不出来合格的蒸发器的;

这个问题的解决方法可以参考奔驰和宝马的设计:

S400混合动力系统部件概述

下面这几个是宝马的设计

需要注意的是,这两个电池包都比较小;小电池包,其蒸发器也比较小,目前国内也有成功解决了PHEV电池冷媒直冷系统均温性的案例的;

问题2:

我不知道;知道的皮毛也不能说(主要是怕说错了误人子弟)

问题3:

强烈建议使用带LIN的电子膨胀阀;非常不推荐采用硬线控制的电子膨胀阀,太容易掉进大坑了。。。别说我没提醒你哈;

问题4:

直接式加热是一门新的课题,目前我也在摸索中,若是实在没有办法,可以临时采用现有的方案保底,大家可以去看北汽EX5;拆个包就知道他们怎么做的啦;

用普通的电加热膜,一定要考虑继电器的双重保护和绝缘问题!

PS:其实可以考虑用黑色金属配上涡流加热的方法,有兴趣的朋友可以自己搞一个试验试试;贼有意思。


责任编辑:动力电池

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