开平板和冷板区别(电池系统水冷板的技术现状与趋势)
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开平板和冷板区别(电池系统水冷板的技术现状与趋势)
推动水冷板不断迭代和发展的一个重要因素是:提高导热效率。
提高导热效率通常有以下几种方案:
(1)提高冷板与电芯的接触面积;
(2)提高冷板与电芯之间界面的导热率;
(3)提高冷板自身(材料)的导热性能;
(4)调整流道设计,提高流体自身的换热效果;
(5)不同冷板布置方案。
冷板材料上,目前业内主要采用的是铝合金,铜的导热效果更好,但成本要贵得多,所以不是主流方向,在非电池包领域有应用;对于提高导热界面的导热效率,主要是在导热界面材料TIM上做功夫,由之前的空气介质,到后来的导热垫,再到目前的导热胶,TIM的导热效果在不断提高。
在上述两点确认后,冷板设计的重心基本就集中到了提高冷板与电芯的接触面积、调整流道设计,提高流体自身的效果上来。这种变化我们可以从法雷奥对于不同充电功率所需冷却效果(综合换热系数)的划分上对比来看。
图中的2、3、4是目前电池系统应用最为多的冷板方案,其中:
2号图示为经典的口琴管设计,口琴管的应用在之前就太多的案例了,特斯拉3代产品都是口琴管、BMW i3、BMW X1 PHEV、Audi e-tron、Taycan等;不过,口琴管的方案在动力领域现在应用的比较少了;
3号图示为冲压流道冷板,这个代表的应用产品有JaguarI-Pace、Bolt EV、大众MEB、宁德版的Model 3,均采用了这种方案;冲压流道式冷板相对于口琴管设计,它增大了冷板与电芯的接触面积,可以提供更好的冷却效果;
4号图示为凸包式冷板,相对于前面两种方案,它由于在冷却上设计有凸起,从而改变了流体的流动特性,口琴管和冲压流道均为层流,凸包式冷板的液体流动为紊流(湍流),层流流动时,由于各层之间流体互不混杂、因而换热方式主要是传导,紊流是各层流体质点间剧烈混合,使换热大大增强,所以,紊流时放热系数比层流高,即紊流的传热效果好。与此同时,凸包式冷板与电芯之间的接触面积也增大了。
凸包式冷板的代表产品包括BMW iX3、Ford Mustang Mach-e、BYD 汉EV等。
冲压流道和凸包这种大平板式的冷板设计迎合了当前快充和大模组、CTP的设计思路,是当前的主要应用趋势。另外,根据是否存在模组、界面材料TIM、箱体和电芯,这4者与冷板的位置来划分,冷板至少有6种的布置方案,其中箱体集成水冷板是目前一种比较受欢迎的设计思路。
Inner fins的设计思路在功率电子电气方面应用得较多,在电池系统领域还没有看到应用的量产案例,但国内有企业在做这块。
材料这块,除了金属,有些材料企业在尝试塑料冷板的方案,这是个很有惊喜的方向,期待有量产的方案出来。
超级快充对于电池的冷却提出了更高的要求,好的冷却方案往往是这5点匹配下来的一个系统性工作,是考验每家企业综合设计能力的时候。
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