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电池系统水冷板的技术现状与趋势

2021-12-02 15:28:20·  来源：知化汽车  
　
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
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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