虽然最近几年纯电动车的续航里程不断增加,但消费者的里程焦虑症仍然存在,尤其是在冬夏两季,由于极端温度的出现,会影响到电池性能,从而使得续航里程会与官方续航存在一定差异。而为了使得电池组能在任何时候都保持在最佳性能,所以很多车企都为电池组配备了相应的热管理系统,那么热管理系统究竟是什么?不同的热管理系统又有什么区别?
热管理系统有多重要?
电池在使用过程中会遇到很多问题,尤其在电池温度方面,极端情况下使用电池就会有很大可能对电池造成伤害,从而使得电池性能及寿命减少。比如在低温情况下,尤其是0℃以下对电池进行充电,有可能会引发瞬间的电压过充,造成内部短路,情况严重的话可能会发生冒烟、起火甚至爆炸的危险。
电池热管理系统是电池管理系统(Battery Management System,简称BMS)当中的重要功能之一,主要目的是可以让电池组始终工作在合适温度范围内,以维持电池组的最佳工作状态。电池的热管理系统主要包括散热、预热以及温度均衡三个功能。散热和预热主要是针对外部环境温度对电池可能造成的影响来进行相应的调整。温度均衡则是用来减小电池组内部的温度差异,防止某一部分电池过热造成的快速衰减。
常见的电池热管理系统是哪几种?
现在市面上所售的电动车,所采用的电池热管理系统主要分为两大类:风冷和液冷。从使用的普及度来说,曾经用的比较多的是风冷式热管理,而现阶段的主流电动车都采用液冷式热管理。
风冷
【风冷工作原理示意图,图片来自网络】
风冷式热管理系统的原理比较像电脑的散热原理,在电池包的一段装一个散热风扇,另一端则有一个通风口,通过风扇的工作来加速电池之间空气的流动,从而带走电池在工作时所散发的热量。另外还有一种风冷方式是在电芯的电极两端加上可以导热的材质,让热量通过导热材质传输到金属外壳上散热。
【风冷工作原理示意图,图片来自网络】
这两种工作原理都是利用空气形成对流来对电池进行散热,说简单一点风冷就是在电池包边上加一个电扇,通过电扇的作用来为电池包降温,不过电扇吹出来的风会受到外界因素的影响,所以温度较高的时候,电扇的降温效果也就没那么好。但风冷热管理就如同电扇一样,结构比较简单,成本也较低,所以对于很多微型车或是一些主打价格优势的电动车来说,多数会选择风冷热管理。
液冷
【液冷工作原理示意图,图片来自网络】
液冷则是通过电池包内部的冷却液管路中的冷却液来带走电池在工作中所产生的热量,以达到降低电池温度的效果。从实际的使用效果来说,液体介质的换热系数高、热容量大、冷却速度也更快,所以对于电池包里的温度一致性有着比较显著的效果。
【液冷工作原理示意图,图片来自网络】
而从原理上看说,液冷热管理的核心部件是压缩机、chiller还有水泵。压缩机作为制冷的动力发起点,决定着整个系统的换热能力。chiller则起到了制冷剂和冷却液的交换作用,而换热量的大小也直接决定着冷却液的温度。水泵则是用来决定冷却液的流速,流速越快换热性能就会越好,反之亦然。
简单说就是在电池包里放一根水管,需要降温的时候就往水管里灌冷水,通过冷水带走热量来降温,需要的话升温就灌热水。所以从使用的角度来看,液冷系统对于电池包的温度控制效果要优于风冷系统,但是冷却液管路要盘桓在电芯当中,需要注意管路的安全性。另外,液冷系统的设计相对更为复杂,所以成本也相对较高。
有哪些车在使用液冷技术?
虽然说液冷的设计更为复杂,成本也更高,但因为其在电池包温度控制方面的出色表现,所以现在已经有越来越多的电动车开始采用液冷技术。尤其是现在液冷技术已经开始逐渐从高端电动车向家用车、小型化方向发展。那么现在国内市场当中,有哪些家用电动车在使用液冷技术?
江淮iEV6e运动版
江淮iEV6e运动版是国内首款采用液冷技术的微型电动车,其所搭载的由江淮自主研发的电池包液冷技术已经在江淮iEV7S上经过了市场的考验。通过液冷技术,可以将电池包的温度控制在10-35℃之间,低温环境下可以保证40分钟内将电池加热至正常工作温度,高温时也能始终保证电池温度在35℃以下。
北汽新能源EU5
北汽新能源EU5不光配备了电池液冷技术,同时在高配车型当中还可以监控电池电芯温度以及冷却液温度,以便于消费者可以更好更合理的控制电池系统是处于加热还是冷却状态,以确保电池组无论在何种环境温度下,都能保持正常工作状态。
吉利帝豪EV450
帝豪EV450采用了2.0版本的ITCS电池智能温控管理系统,电池包液冷技术可以让其在-20℃-50℃之间都可以正常工作。而在低温条件下,电池组的充电性能也有了一定的提升,据吉利官方称帝豪EV450通过温控管理系统可以确保何亮在-20℃时可以正常进行快充,-30℃时仍可以正常使用。
比亚迪秦EV450/e5 450
比亚迪年初上市的秦EV450和e5 450除了将电池材质由磷酸铁锂更换为三元锂材质,能量密度也同时提升之外,还打在了比亚迪最新的电池智能温控管理系统,通过该系统可以通过液冷技术来控制电池包的工作温度,进一步提高电池的使用寿命以及车辆在各个环境的适应性。
总结:可能从目前的情况来看,相比起风冷技术,液冷技术可以对电池起到更好的保护效果,并且能让电池在任何环境都能提供更好的性能输出,所以国内电动车的几个老资历企业都开始逐渐使用液冷技术,尤其是江淮全系在售车型都采用了热管理技术,其他车企可能受制于成本因素仅仅将液冷技术应用于部分车型当中,但仍可以看到液冷技术正在逐步取代风冷技术在电动车当中的应用。
《这是真的吗?》车用电池选“风冷”只为图便宜酷暑难耐,这时面前摆有电风扇一台、冰可乐一听,你会选择“风冷”还是“液冷”?这个比喻并不十分恰当,但正是这台“电风扇”在背黑锅的路上不断前进,以致于我这个“好心人”忍不住要为它辟辟谣。新推出一款纯电动车,除了续航里程等数据外,最近大家总是要看看电池边儿上有没有风冷系统,若有那定是眉头一紧、心头发凉,之后便顺理成章的把“自燃”这口锅全盘甩到它头上。那么问题来了,车企采用风冷技术冷却电池,真是为了图便宜而不顾安全吗?这锅它究竟该不该背?
最近力帆、威马等纯电动车发生了自燃,风冷系统成为主要“犯罪嫌疑人”之一。不过要说明的是,很多消费者还是相对冷静的,这从各大论坛相关帖子下面的评论中便可以看出,很多人认为,像丰田、日产这种老牌儿新能源车企,电池组到现在依旧选用风冷技术,你难道能说它们的新能源车都是入门级廉价车?
所以,我将从以下三个方面进行展开说明,让我们看看风冷、液冷以及直冷三大冷却技术谁更厉害,风冷的低成本特点是不是车企们选择它的唯一理由。
本文核心问题:
1.车用电池更怕冷or更怕热?
2.BTMS冷却方式有几种?
3.风冷技术是不是要被淘汰了?
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如今的手机越来越先进,但依旧无法避免大冷天儿突然关机、电量骤减、长时间玩游戏发热等问题,动力电池同样会面临这些。我们不怕突然的关机,但一定会害怕过热引发的自燃、爆炸隐患,所以纯电动车在设计空调制冷系统、采暖系统、电机冷却系统的同时,还为电池专门设计了电池热管理系统(BTMS,Battery Thermal Management System)。
那么,电池为什么会发热?以锂电池为例,在充放电的过程中,内部的电解液需要分解、正极需要分解、负极与电解液反应、负极与粘合剂之间的反应等等,这一系列的动作势必会产生热反应,再加上内阻在电流通过时产生的热量,电池发热是一定会发生的事情。
当然,我并不是说低温对电池只是性能的衰减,如果在低温时频繁对其进行快充电,不仅充电效率会降低,电压还会容易产生瞬间过充,造成短路,后果可想而知。虽然车企们在研发之初就对此进行了相应的测试与保护,但我依旧不建议大家在0℃以下的环境下频繁采用快充充电。此外,高温对于电池组的影响同样非常直接,不仅会影响电池组工作效率,如果没有足够的冷却加持会十分危险。
先来解释下上文提到的一个名词,BTMS,也就是电池热管理系统。形象点说,无论一台纯电动车上的电池多先进、电机性能多强,没有BTMS的管理就全是扯淡。其实这货的功能非常简单,就是让电池组始终在合适的温度范围内工作,以保持其最佳的状态。我们常见的方式有风冷、液冷以及直冷三大类,各有各的优势,也各有各的短板,在曾经很长一段时间里风冷唱主角,而随着液冷的逐渐强势,后者慢慢成为更多车企的选择。
风冷
丰田混动系统电池组结构图
风冷是目前三种技术中采用最早,最成熟的一种,工作原理简单来说,就是利用鼓风机,将空气通过空调制冷系统的蒸发器转变为冷风,之后就是去吹电池,让电池降温。当然,这是应用最多的一种,除了这种空调冷风强制对流外,风冷还有自然对流、自然风强制对流两种。无论是哪种风冷技术,其受外界环境温度的影响都非常大,尤其是在高温环境下这种热管理技术换热效率并不高,过去一般都是主打性价比、续航里程不太长的纯电动车会采用风冷,因为其有着液冷和直冷无法比拟的的优势:成本低、系统结构简单、便于维护,且没有液体泄漏的风险。车型方面,包括日产聆风、丰田普锐斯、起亚Soul EV、上汽荣威MARVEL X等。
液冷
特斯拉液冷系统
电动车也用冷却液?这就是液冷技术的特点。在很多车企看来,风冷无法满足复杂工况下对于电池组降温散热的要求,液冷则可以成为替代品。原理上可以这么理解,系统会采用冷却液与外界空气进行热交换,把电池组的热量排出。一般来说冷却系统都被安装在电池组模块的附近,或是布置管线,或是把模块沉浸在电介质的液体里。当然,这只是对液冷系统原理的简述,每个车企对于液冷冷却应用方式并不完全相同。特斯拉是采用液冷的代表,我们以它为例,特斯拉Roadster的液冷系统冷却液为50%水与50%乙二醇混合物,冷却管道曲曲折折,布置在11层电池堆中,双向流动,据官方介绍,这样一来单体电池的温度差异会非常均匀,仅为±2°C以内。此外,应用液冷技术的车型还有很多,比如宝马i3(液冷版)、通用沃蓝达、吉利帝豪EV、江淮iEV7S等。
直冷
宝马i3直冷系统
除了现阶段应用最为广泛的风冷和液冷,直冷也是一种冷却方式,应用代表便是宝马i3(直冷版)。直冷说白了就是用制冷剂直接冷却动力电池,降温散热效果要比液冷出色很多。不过之所以没有大规模的应用,主要原因是制冷剂的压力一般能够达到3-4个大气压,压力过大就会对系统的耐高压性和密封性要求非常高,在提升风险的同时无疑大幅增加了成本。以宝马i3为例,工程师在整个电池系统中建立了一个空调系统,这其中自然包括蒸发器,制冷剂在蒸发器中蒸发并快速高效的带走电池系统的热量,效率高且效果好。
观点一:
存在即合理,风冷技术被应用了这么多年,之所以被大家欢迎是有原因的,其在成本、可靠性以及维护便利性方面的优势至今仍不可替代,液冷的液态泄漏风险不容被忽视。
观点二:
在上述优势还无法立即被液冷技术拾起的现阶段,或者说未来很长一段时间里,带有经济型、短途续航、特殊车辆等标签的纯电动车依旧是风冷技术的大客户。
观点三:
风冷技术正在落后的道路上越走越远,能否进行技术革新与升级,将对其未来的命运起到至关重要的影响。
观点四:
丰田混动系统十分青睐风冷,这与混动系统/纯电动系统的区别有直接关系。至于日产、上汽等车企,自然不会为这点成本去牺牲安全性,一款纯电动车的安全与否不能简单拿单一技术下定论,如果能让冷却系统与其它结构更好的匹配,并利用技术协同满足冷却要求,采用风冷技术并非不可,降低成本带来的指导价下调也是消费者乐于看到的。
写在最后:坦白讲,最近确实发生了很多纯电动车自燃的事情,谁也没权利为它们洗白,但谁更没资格在未了解真相的情况下妄加评论。车辆的自燃从汽车被发明那天就开始出现,燃油车、电动车都逃不过,理性分析,任何一款车的自燃原因绝非单一系统出了问题,如果想保证自己爱车的安全,消费者层面的用车、养车、修车不能大意,车企层面的研发、测试、制造、标准、售后等更不能有半点含糊。
本文猜测:车用电池选“风冷”只为图便宜 这是真的吗?
本文结论:假
(图/文 网通社 张屹鹏)