电动汽车用低电导率冷却液的应用研究

高珍琪 杨操 王娟 赵康

江苏龙蟠科技股份有限公司

近年来，世界主要汽车大国纷纷加强战略谋划，强化政策支持，各大车企加大研发投入，完善产业布局，新能源汽车已成为全球汽车产业转型发展的主要方向和促进世界经济持续增长的重要引擎。按照产业规划，2025 年我国新能源汽车市场竞争力将明显增强，新能源汽车新车销售量将达到汽车新车销售总量的20%左右，其中纯电动汽车将成为新销售车辆的主流[1]。新能源汽车与传统燃油车的主要区别在于，新能源汽车是采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进，具有新技术、新结构的汽车[2]。随着环保和低碳生活理念的不断提升以及新能源技术的不断进步，新能源汽车已经成为全球关注的焦点，与传统燃油车相比具有环保、节能、经济等优点，为人们带来更加舒适的出行体验，新能源汽车越来越受到消费者的关注和追捧。

按照动力输出装置，目前市面上推广使用的新能源汽车主要包括纯电动汽车（PEV，以下简称电动汽车）、燃料电池汽车（FCV）和混合动力电动汽车（HEV）[3]，在这三种新能源汽车中，以电动汽车发展最为迅速。据公安部统计，截至2023 年6 月底，全国新能源汽车保有量达1 620 万辆，占汽车总量的4.9%。其中，电动汽车保有量1 259.4 万辆，占新能源汽车总量的77.8%，到2035 年电动汽车将成为新销售汽车的主流[4]。由于石油是不可再生资源，能源危机正困扰着世界各国，发展电动汽车可以有效缓解能源危机。其次，电动汽车相比燃油车不会排放有毒有害物质和温室气体。另外，发展电动汽车可以解决电网昼夜间不平衡的问题，目前世界上各个国家都受到这个问题的困扰，电动汽车白天在路上行驶，晚上可以利用“谷电”充电，有利于调节电网昼夜间负荷不平衡的问题。

目前国内多数主机厂将传统燃油车冷却液用于电动汽车的热管理系统中；随着电动汽车的发展，一些主机厂开始关注电动汽车中冷却液的电导率对电动汽车性能及安全方面的影响。国家能源局在2021 年11 月16 日发布了NB/SH/T 6047—2021《 电动汽车冷却液》行业标准[5]，该标准中提出了电动汽车用冷却液的技术要求，但是标准中未对电动汽车冷却液的电导率做出要求，GB 29743.2《电动汽车冷却液》目前在征求意见阶段，尚未正式发布（征求意见稿中要求电动汽车用冷却液初始电导率不大于100 μS/cm）。本文自主研发了一款用于电动汽车的低电导率冷却液，该产品在满足NB/SH/T 6047—2021《电动汽车冷却液》的基础上，具有良好的低电导率，目前已配套国内知名的主机厂。行车试验是评价冷却液性能最佳的方法，通过对行车试验中冷却液的理化指标及车辆零部件腐蚀情况进行监测，能够检验冷却液性能的优劣。为验证所研发的低电导率冷却液产品的实际应用性能，本文在3 辆出租车（均为电动汽车）上进行了100 000 km 的行车试验研究。

本文采用-40 ℃低电导率冷却液在纯电动乘用车上进行了100 000 km 的行车试验应用研究。行车试验结果表明， -40 ℃低电导率冷却液具有优异的电导率和pH 值保持能力，同时具有良好的金属保护性能，能够满足电动汽车冷却系统的使用要求。

试验部分

试验用的冷却液

本次行车试验所用的冷却液为-40 ℃低电导率冷却液，其理化性能典型数据见表1。

表1 -40 ℃低电导率冷却液理化性能典型数据

试验车辆

本次行车试验采用3 辆吉利帝豪纯电动汽车，车辆使用年限1～2年，试验车辆相关信息见表2。

表2 行车试验车辆的相关信息

试验前准备

在行车试验开始之前，将3 辆电动汽车冷却液系统中的冷却液全部排空，然后加入去离子水，使液位达到膨胀水壶中间位置，启动车辆，怠速10 min，将液体放出，观察放出液体的颜色，如果放出液体有颜色，重复上述步骤，直至放出的冲洗纯水为无色，然后加注试验冷却液，启动车辆，怠速10 min 后取样检测液体电导率，如电导率测试结果在60～80 μs/cm，表明冷却系统已清洗干净。启动车辆怠速10 min，采集样品作为0 km 试样，继续加注试验冷却液至液位线。

试验过程中取样和项目评定

为了减少行车试验过程中取样对试验结果的影响，根据行车试验大纲，取样间隔为0 km、10 000 km、20 000 km、30 000 km、40 000 km、50 000 km、60 000 km、70 000 km、80 000 km、90 000 km、100 000 km，共计采集11次样，每次取样300 mL，每次取样后补加相同数量的新液。对所取样品进行pH、冰点、电导率、沸点、金属含量（铁、铝、铜）等项目分析，其中金属含量作为参考数据。

电动汽车用低电导率冷却液与传统燃油车冷却液最大的区别在于低电导率冷却液具有较低的电导率，传统燃油车冷却液电导率一般在3 000 μS/cm 以上。冷却液电导安全相关试验结果表明，选用电导率为300 μS/cm、500 μS/cm 和3 200 μS/cm 的冷却液进行电导安全试验（组件测试），在800 V的高压下电导率3 200 μS/cm 的冷却液会快速引起异常情况，电导率500 μS/cm 的冷却液在13 h 后也出现打火爆燃的情况，电导率300 μS/cm 的冷却液72 h 未发现异常，因此参考试验结果，将行车试验过程中冷却液电导率换液标准定为不大于300 μS/cm。

电动汽车冷却系统使用了较多的铝材质，主要包括3 系铝、4 系铝和6 系铝，所以电动汽车冷却液在配方设计时将防腐蚀的重点放在了铝系合金材料上，根据布拜图（E电位-pH 图）铝金属防护的最佳pH 值范围是4.0～8.5，对于铜和焊锡材料而言，pH 值范围在7.0～8.5可以获得较佳的防护效果，因冷却液在使用过程中会出现酸化导致pH值出现下降，因此，将试验过程中冷却液pH 值换液标准定为不小于7.0。

冷却液的冰点和沸点主要与乙二醇和水的配比有关，在一定范围内，随着乙二醇的加剂量提高，沸点越高，冰点越低，当冷却液的冰点确定后，沸点也基本确定，因此，行车试验过程中冰点和沸点的换液标准参照NB/SH/T 6047—2021《 电动汽车冷却液》。综合以上，本次行车试验中冷却液的换液指标见表3。

表3 行车试验冷却液换液标准

结果与讨论

pH 值变化

pH 值是冷却液重要的技术指标。冷却系统中金属发生腐蚀的实质是电化学氧化还原反应的过程，冷却液的pH 值是影响金属电化学腐蚀速率的重要因素， pH 值在合适的范围内才能对冷却系统的金属材料有较好的保护性能，pH 值偏高或者偏低都会影响冷却液在汽车中的使用效果和使用寿命。冷却液的pH 值下降会加速金属的腐蚀，同时也会造成冷却系统的非金属件（如橡胶管）的腐蚀，极端情况下可能导致冷却液的泄漏，对冷却液系统的危害较大。试验冷却液pH 值的变化趋势如图1 所示。

图1 pH值的变化趋势

由图1 可以看出，行车试验过程中冷却液的pH 呈现下降的趋势，主要是因为冷却液中的乙二醇在使用过程中高温氧化产生酸性离子，从而造成pH 值下降，整个行车试验过程中3 台车试验冷却液的pH值没有出现大幅下降，表明 -40 ℃低电导率冷却液具有良好的pH 值保持性。

冰点变化

冰点是冷却液重要的功能性指标，直接关系到冷却液的防冻能力。冷却液的冰点越低，防冻能力越强，在低温的条件下能够保持良好的流动状态，可以有效防止因液体冻结体积膨胀而导致的冷却系统涨裂。冷却液的冰点与防冻剂（乙二醇）和纯水的添加比例有关，在一定的浓度范围内，随着防冻剂的添加比例的升高，冷却液的冰点会降低，当防冻剂比例超过70%（体积分数）后，冷却液的冰点会随着防冻剂的添加比例升高而升高。试验冷却液冰点的变化趋势如图2 所示。

图2 冰点的变化趋势

由图2 可以看出，行车试验过程中冷却液的冰点在持续下降，主要原因是行车试验过程中有一定量的水分蒸发，冷却液的乙二醇含量升高，从而出现冰点下降的现象。

电导率变化

电导率又称为导电率，是用来描述物质中电荷流动难易程度的参数，是表示物质传输电流能力强弱的一种测量值。电动汽车冷却液主要是对三电系统进行热管理，冷却液管路流经大量的电气元件。据有关统计分析，电动汽车三电系统的故障主要是因为电池冷却液系统的失效造成的，冷却液进入三电系统内部可能会造成动力电池系统中电气回路故障，在极端情况下有可能会引起热失控，造成车辆起火，存在较为严重的安全隐患。传统燃油车冷却液电导率基本在3 000 μs/cm以上，冷却液电导率越高，短路电流与短路释放的热功率就会越大，如果冷却液泄漏接触到电气元件，会引起严重的事故。低电导率冷却液能显著降低因冷却液泄漏导致高压电气元件安全问题发生的概率。试验冷却液电导率的变化趋势如图3 所示。

图3 电导率的变化趋势

由图3 可以看出，行车试验在60 000 km 之前，电导率升高较快，在70 000 km 以后电导率逐渐趋于稳定，试验车辆在行车试验结束后冷却液的电导率均未超出前期设定的换液指标。试验前期冷却液电导率升高速度较快，主要原因是试验车辆冷却系统内部的污染，随着行车试验的进行，冷却液电导率逐渐趋于稳定，缓蚀剂在冷却系统金属表面形成了保护膜，降低了金属腐蚀离子的析出速度[5]，同时冷却系统中的非金属材料可溶性离子随着行车试验的进行，析出速度也在减小，因而降低了电导率升高的速度。

沸点变化

沸点是考察冷却液中防冻剂质量和添加量的重要指标之一。以乙二醇作为防冻剂的冷却液，防冻剂（乙二醇）添加量越大，沸点越高，当冷却液中防冻剂（乙二醇）与水的添加比例确定后，冷却液的冰点、沸点和密度基本也确定了。试验冷却液沸点的变化趋势如图4 所示。

图4 沸点的变化趋势

由图4 可以看出，行车试验过程中冷却液的沸点出现波动，但整体呈现升高的趋势，主要原因是行车试验过程中由于冷却液中水分的蒸发，乙二醇含量升高，从而出现沸点升高的现象。

金属元素含量

电动汽车冷却系统主要是由黄铜、紫铜、ZL101A 铸铝、3003 铝、4043 铝和6063 铝等材质组成的，通过对冷却液金属元素的监控，可以从侧面了解冷却液对金属的保护情况。在整个行车试验中，通过每隔10 000 km 取样监测，试验用的冷却液中铁、铝、铜等金属元素含量均低于ICP 仪器的检出限。导致这一现象的主要原因，是试验用的低电导率冷却液中缓蚀剂能够有效减缓冷却系统中铁、铝、铜等金属的腐蚀，从而使得冷却液中金属离子含量很低。由此说明，试验用的低电导率冷却液具有良好的金属保护性能，能为电动汽车冷却系统提供良好的保护。

结论

经过10 个月的行车试验跟踪，3辆试验出租车分别经过100 000 km的行驶里程，通过行车试验验证了-40 ℃低电导率冷却液的性能。从行车试验数据分析结果来看，-40 ℃低电导率冷却液在整个行车试验过程中，冷却液的pH值、电导率、冰点、沸点等理化指标均在行车试验换液标准范围内，金属元素数据未出现明显升高。这主要是因为-40 ℃低电导率冷却液采用全新的有机非离子型缓蚀剂技术，能够对电动汽车冷却系统的铜、铝及钢等金属材料提供全方位的缓蚀保护，同时又能有效抑制电动汽车冷却系统中非金属材料中离子的析出。本次行车试验结果表明， -40 ℃低电导率冷却液具有良好的低电导率保持能力，可以满足电动汽车对冷却液低电导率性能的要求。