混合动力车型动力电池一种先进的热管理设计理念

李明敏　程树　黄炯

摘 要：随着国家排放节能减排要求愈发严格，汽车发展日趋电动化，越来越多的传统汽车厂家都选择在当前传统车平台上开发混合动力汽车作为纯电动汽车的过渡车型。混合动力汽车的电池为动力电池，由于电池容量小放电倍率高，如不进行主动冷却导致电池的温度急剧攀升。本文主要介绍一种比较先进的电池包双冷却液冷系统设计理念，通过对比当前市场常见风冷系统，从能耗、工况等角度通过对比手法来阐述该设计理念的优越性和先进性。

关键词：混动 动力电池 双冷却系统 能耗 冷却效率

An Advanced Thermal Management Design Concept for the Power Battery of Hybrid Vehicles

Li Mingmin，Cheng Shu，Huang Jiong

Abstract：With the increasingly stringent requirements of national emission energy conservation and emission reduction， the development of vehicles is becoming more and more electric. More and more traditional automobile manufacturers choose to develop hybrid electric vehicles on the current traditional vehicle platform as the transition model of pure electric vehicles. The battery of hybrid electric vehicle is power battery. Due to its small capacity and high discharge rate， the temperature of the battery will rise sharply without active cooling. This article mainly introduces a more advanced design concept of battery cooling system. By comparing the common cooling systems in the market， the advantages of the design concept are expounded through comparison of energy consumption and working conditions.

Key words：hybrid， power battery， dual cooling system， energy consumption， cooling efficiency

隨着国家排放节能减排要求愈发严格，汽车发展日趋电动化当前，许多国家政府、世界知名的汽车企业和科研机构纷纷研制开发低能耗、低排放，且能满足现代使用性能要求的新型汽车。[1]混合动力汽车作为纯电动汽车的过渡车型，这里主要把其分为油电混合动力、插电式混合动力和增程式电动。

混合动力汽车和传统车的主要区别是增加了电池包和电机，通过把部分燃料能转化成电能再转化成机械能来达到最优的燃油消耗比。电池包作为混动汽车的一部分动力源，是整车的核心部件，温度直接影响电池性能的表现，需要对动力电池的工作温度严格控制。[2]该电池包由于容量小，在相同工况下其充放电倍率明显高于纯电动车型等能量型电池，如不进行主动冷却导致电池的温度急剧攀升，所以混动车型中动力电池的热管理设计显的尤为重要。

混合动力汽车的动力电池一般有两种冷却方式：空气直冷和液冷。目前市场大部分非插电式混合动力汽车都采用乘员舱空气直冷的方式来对电池包进行冷热管理。这种冷却方式的优点为：能耗少，成本低，零件布置简单。缺点也显而易见：空冷系统的冷却来自乘员舱，电池包的冷却效果主要取决于乘员舱的空气温度。随着混动车型对电池冷却效率越来越高的要求，当前主机厂正在开发的混动车型有相当一部分采用了液冷方式。同时有部分主机家由于对混动力汽车销量的不确定性，需要尽可能在传统车型上进行升级改造开发，考虑到尽可能的借用，减少开发成本，也会采用液冷技术支持研究开发。

本文主要介绍一种先进的混合动力汽车电池包热管理设计开发思路：电池包双冷却液冷系统，一方便有着可以和空气冷却能耗少的优点，另一方面在电池包冷却效率方面有着比空气冷却更好的冷却效果。

所谓的双冷却系统主要为对电池包的冷却设计两种冷却方式：中低温下的低温散热器冷却和高温下的冷媒板换换热冷却。这种双冷却模式可以随着外部环境和整车负荷的变化，随时切换为节能的低温散热器冷却模式和保证高冷却效率的冷媒板换换热冷却。 其主要水路图设计思路如图1：

其主要冷却思路如图2：

当环境温度不高时，两位三通电磁阀5通向低温散热器8侧，关闭冷媒板换6侧，通过外部空气和冷却液换热来降低电池包的温度。这时热管理的能耗只有一个电子水泵2和电子风扇10。

当环境温度较高/整车负荷较高时，电磁阀打向冷媒板换换热6侧，关闭低温散热器8，冷却液通过和冷媒进行换热来对电池包进行制冷冷却，这时主要能耗元件为压缩机7，电子水泵4，电子风，10。

其冷却原理如下：

环境温度不高时，电池包需要冷却时，直接启动鼓风机2，用乘员舱的空气来冷却电池包。

当环境温度较高/整车负荷较高时，需要启动压缩机把乘员舱的空气冷却下来再进行电池包冷却。电这时主要能耗元件为压缩机4，鼓风机2，电子风5。

对比两种电池包制冷系统，其能耗和制冷效果如表1：

由下表明显可见，在能耗方面，双冷却系统在有着和空气制冷系统相当的能耗。在热管理效果方面，双冷却系统有着空气制冷无法比拟的电池包冷却效率，而且有着更加广泛的乘客常用场景，对车辆有一定驾驶需求的顾客无疑是一种更好的选择。

结语

本文主要对混合动力汽车的动力电池的热管理方式提供了一种更先进的热管理设计模式，对汽车厂家来说，可以在当前传统车平台实现较高的通用化，电池包热管理可以达到和空气冷却相当的节能效果，同时可以实现空气直冷达不到的冷却效率，对汽车消费者来说，可以根据自身对车辆用途和可驾驶性的追求，来选择不同的电池包热管理方式的车辆。

参考文献：

[1]王军.国内外混合动力汽车开发动态及发展趋势[J].公共交通科技，2000.01.

[2]李存俊.锂离子动力电池组液冷结构设计及散热性能分析[D].合肥工业大学，2016：1-7.