電動(dòng)汽車電池及IGBT芯片熱管理解析

2018年，在整個(gè)車市下行的環(huán)境下，新能源汽車的市場表現(xiàn)成為寒冬中的一抹亮色。中汽協(xié)數(shù)據(jù)顯示，2018年，我國新能源汽車銷量同比大漲61．7％至125．6萬輛，超額完成此前規(guī)劃的100萬輛銷量目標(biāo)。而未來幾年，新能源汽車市場有望進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)爆炸式增長，這對(duì)相關(guān)技術(shù)及部件的發(fā)展帶來新的空間與挑戰(zhàn)，如熱管理系統(tǒng)。

傳統(tǒng)汽車的熱管理系統(tǒng)主要集中于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器的散熱系統(tǒng)和汽車空調(diào)，而新能源車的熱管理系統(tǒng)涵蓋了新能源汽車幾乎所有的組成部分，相對(duì)而言，后者對(duì)于綜合熱管理有更高的需求，例如怎樣使被冷卻部件維持在最佳工作范圍內(nèi)，如何使芯片支持最大的功率輸出等，這些對(duì)熱管理工作均提出較大的挑戰(zhàn)。

針對(duì)此，近日，蓋世汽車微課堂特邀請(qǐng)德納（無錫）技術(shù)有限公司先期技術(shù)銷售及工程經(jīng)理曹岳，以“電動(dòng)汽車電池及IGBT芯片熱管理”為主題，與行業(yè)朋友進(jìn)行了分享與交流，以下為現(xiàn)場演講實(shí)錄，供參閱！

本期演講嘉賓個(gè)人簡介

演講內(nèi)容

一、電池為何會(huì)發(fā)熱

關(guān)于新能源汽車熱管理產(chǎn)品種類比較多，今天我們集中會(huì)講到電池?zé)峁芾砗虸GBT雙面散熱器。首先從電池?zé)峁芾碇v起，大家可能會(huì)比較好奇的問題是電池為何會(huì)發(fā)熱？簡單來講，電池本身被視作一個(gè)大的電阻，當(dāng)有電流通過的時(shí)候就會(huì)發(fā)熱。

從我上面圖片可以看到，電池的熱量是電流的平方乘以電池的內(nèi)阻。所以理論上來說，當(dāng)電池的內(nèi)阻是一定的情況下，電流越大，電池的發(fā)熱量越大。

當(dāng)我們了解到電池為什么會(huì)發(fā)熱后，那么真實(shí)反映到電動(dòng)汽車行駛工況下發(fā)熱量究竟該怎么計(jì)算？我們做了一些案例分析，請(qǐng)見以下圖片，第一個(gè)是基于UDDS的行駛工況，這是美國城市道路的一個(gè)行駛工況，同時(shí)也有US06的（US06是在UDDS的基礎(chǔ)上，加上了其他道路的行駛工況），在這兩種工況下，電流的輸入和輸出情況如何？同時(shí)，電流的輸入和輸出對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的熱負(fù)載是什么情況？在這個(gè)圖片中均可以得到很好的解釋。

二、為什么需要電池?zé)峁芾恚?/p>

我們知道了電池因?yàn)殡娏靼l(fā)熱，也知道電動(dòng)汽車在行駛過程中會(huì)有電流的輸入和輸出，那么接下來的一個(gè)問題是為什么我們需要電池?zé)峁芾砟兀?/p>

其實(shí)，電池本身跟人是比較類似的，它要求環(huán)境溫度不能太高也不能太低，如果溫度太高，離子活性比較強(qiáng)，壽命會(huì)受到影響；而溫度比較低的話，充電放電效率會(huì)大幅降低，因此我們需要將電池保持在一個(gè)比較合適的工作溫度范圍內(nèi)。

目前我們做的開發(fā)，大部分客戶要求的電池工作最佳溫度區(qū)間是25°～40°，對(duì)于整個(gè)電池包內(nèi)電池均溫性要求的話，在同一個(gè)平面內(nèi)，電池的均溫性要小于5°。

那么，如果電池?zé)崃繘]有被及時(shí)帶走的話，將會(huì)帶來什么樣的后果呢？

我們通過一個(gè)案例來分析，這個(gè)分析是基于US06的行駛工況來的，在電池的環(huán)境溫度處于20°、35°、50°情況下做個(gè)對(duì)比，在行駛100000英里的情況下，當(dāng)電池環(huán)境溫度是50°的話，電池的衰減是非常厲害的，已經(jīng)超過40％，而當(dāng)電池環(huán)境溫度在20°左右的情況下，它的衰減則不到20％。所以通過這個(gè)案例，我們可以直觀感受到電池為何要降溫。對(duì)于現(xiàn)有市場需求的話，如快充或者對(duì)于高性能電機(jī)輸出需求，這都需要大電流的輸出。另外對(duì)于PHEV而言，因?yàn)殡姵厝萘啃?，它的充放電倍率比傳統(tǒng)BEV要高很多……，基于以上因素，提高電池?zé)峁芾碛斜容^大的市場需求。

三、電池冷卻板類型

了解完電池?zé)峁芾?，下面我們來談下電池冷卻板，對(duì)于目前市場上電池冷卻板的形式，我們自己總結(jié)了下，主要有三種結(jié)構(gòu)板式、管式、蛇形。

第一種板式結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍比較廣，從方型電池到軟包電池再到圓柱形電池都可以用。其冷卻類型也較為多樣，可以做電池底部冷卻，也可以做電芯到電芯之間的冷卻。

第二種管式結(jié)構(gòu)局限性比較大，用在方型電池底部冷卻比較多一些。

第三種蛇形結(jié)構(gòu)，這種大家應(yīng)該比較熟悉，就是特斯拉圓柱形電池的液冷板。

基于不同類型的冷卻板他們對(duì)應(yīng)的加工工藝也是有區(qū)別的，板式結(jié)構(gòu)的工藝方式是比較多樣化的，有沖壓連續(xù)爐帶助焊劑釬焊，也有沖壓連續(xù)爐無助焊劑釬焊，還有沖壓真空焊以及擠壓釬焊等，而我們德納關(guān)注的主要是沖壓連續(xù)爐無助焊劑釬焊。而管式和蛇形結(jié)構(gòu)主要是擠壓＋釬焊的形式。

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