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[动力电池] 动力电池热管理系统技术系列(三)— 直冷技术

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匿名  发表于 29-3-2024 07:35:00 |阅读模式

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直冷是制冷剂(如R134a等)通过冷板直接带走电池包的热量进而冷却电池的一种技术。为充分理解直冷技术,需要先了解汽车空调的工作原理。
动力电池热管理系统技术系列(三)— 直冷技术w1.jpg
图1 传统汽车空调系统示意图
如图1,对传统汽车空调系统,其工作过程主要分为压缩、冷凝、节流和蒸发四个过程。

1. 压缩过程中,压缩机吸气口从蒸发器出口吸入低温低压的制冷剂气体(目前汽车空调常用制冷剂为 R134a),经过压缩机做功压缩的制冷剂气体会变成高温高压气体,这个过程中压缩机做功。

2. 然后高温高压的制冷剂流入冷凝器,制冷剂在冷凝器中发生换热,被冷却成高压常温的制冷剂液体,这个过程被称为冷凝过程,也叫放热过程。
3. 接着高压常温制冷剂液体进入节流机构(常见的节流机构为膨胀阀),在节流机构中制冷剂降压成为低温低压的制冷剂,这个过程通常称为节流过程。
4. 最后从节流机构流出的低温低压的液态制冷剂进入蒸发器,在蒸发器中发生换热,由液态转换为气态,因此这个过程通常被称为蒸发过程,也叫吸热过程。从蒸发器出口出来的制冷剂气体重新被压缩机吸入,开始下一个制冷循环。

在蒸发器中,制冷剂由液态转变成气态是一个相变过程,因此制冷剂在蒸发器发生的流动换热中是两相流动传热。直冷系统冷板本质上是一个蒸发器,因此制冷剂在冷板中发生相变换热。

目前直冷的冷却方式基本在电动乘用车上,可能为下一代冷却技术的发展方向,最典型的如BMW i3。

动力电池热管理系统技术系列(三)— 直冷技术w2.jpg

图2 宝马i3冷却系统结构

直冷技术的优点在于:(a)冷却效率比液冷高出3~4倍;(b)更能满足快充需求;(c)结构紧凑;(d)潜在地降低了成本;(e)避免了乙二醇溶液在电池箱体内部流动。但是一些缺点也限制了其在车辆上的广泛应用,如系统的耐高压性和密封性要求会比水路高很多高,直冷系统冷却温差大,且不易与加热系统耦合。

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