电动汽车电池冷却：根据热负荷和电池温度均匀性选择合适的冷却方法

电动汽车电池冷却旨在将锂离子电池组的温度维持在工作范围内，同时限制各电芯之间的温度漂移。实现这两点的方法取决于电芯的发热量、电芯的均匀性目标以及可用的封装材料。空气冷却、间接液冷板、直接制冷剂冷却、浸没式冷却、热管冷却和相变缓冲等冷却方式，各自达到的物理极限各不相同。发热量必须通过电芯在预期电流、荷电状态和温度范围内的各项数据来估算。电池组容量乘以C倍率可以描述电能输出，因此不能替代电芯的发热量。.

电动汽车电池冷却系统的工作原理及其控制范围

电动汽车电池冷却系统在将热量从电池组中排出的同时，还要满足两个不同的目标：一是电池单体的绝对温度范围，二是电池单体之间的温度偏差上限。哪个目标先达到取决于冷却液的流动路径、封装方式以及电池单体与冷却剂的界面。.

电池组内部发热的来源有很多。不可逆热来自电池的欧姆损耗和极化损耗，而可逆熵热则来自电化学反应本身。母线、极耳和接触电阻也会增加热量，因此连接点往往比电池本体更容易成为热点。所有这些因素都会随着电流、内阻、荷电状态、温度、老化程度和充电方向而变化。因此，值得考虑的冷却负荷设计方法包括量热法、供应商提供的发热特性曲线图，或者使用经过验证的电热模型，并结合实际运行工况进行计算。.

已发布关于绝对频段划分的指南。 《电动汽车工程》杂志专题报道电动汽车电池冷却, （工程术语）认为最佳性能和最长寿命大约在 20–25 °C 左右。. Saur Energy对液冷和风冷进行了比较 描述的是一个更接近 20–40 °C 的可行工作温度范围。这两个数值回答的是不同的问题：较窄的数值代表最佳寿命，较宽的数值代表工作容差。以容差为目标的电池设计虽然能够通过验收测试，但其老化速度仍会比电池数据手册中所述的更快。两者都是行业通用的说法，最终以经批准的电池规格为准。.

尽早划定一个界限是值得的。正常的散热管理控制着工作温度、温度分布、老化程度和辅助能源的使用。. 热失控 传播安全性是一门独立的学科：包括检测、通风、隔离、乘员警告和单元间传播阻力。对于道路车辆，这方面可以通过以下方式解决： ISO 6469-1:2019/Amd 1:2022, 该标准涵盖可充电储能系统热传播的安全管理。正常运行所需的冷却回路并非传播策略，该标准的任何版本均未规定冷却方法、极板尺寸或最佳电池温度。.

为什么液冷并不一定优于风冷

电动汽车电池组采用风冷还是液冷取决于表面热通量、实际可用流量和均匀性目标，因此仅凭电池组容量和车辆级别难以准确预测其性能。风冷能力受空气质量流量、允许的空气温升、入口温度、电池与空气接触面积、风道旁通和气流分布、风扇静压、环境条件以及空气是否经过预处理等因素影响。液冷能力则受冷却板面积、接触热阻、流速、入口温度、通道几何形状、压降和冷却器容量等因素影响。这两种冷却方式都无法用单一的功率阈值来概括。公布的功率阈值通常只是某个供应商的产品范围。.

可以明确指出的是，两者的尺度差异非常显著。在约 25°C 时，空气的导热系数约为 1.005 kJ/kg·K，密度接近 1.225 kg/m³，即每立方米每开尔文约 1.2 kJ。水的导热系数约为 4.18 kJ/kg·K，密度约为 1000 kg/m³，即每立方米每开尔文约 4180 kJ。因此，在相同的流体温升下，要去除相同的热量，空气所需的体积流量大约是水的 3000 倍。这一差距决定了两者之间的比较。以上数据仅考虑显热、大气压和纯水；乙二醇混合物的导热系数会更低。实际上，风冷设计会受到封装尺寸和风扇功率的限制，并且其均匀性会先于平均温度下降而降低。.

这两条路径也可以结合起来。相变材料可以缓冲风冷外壳内的峰值电流，而主要采用风冷的系统可以配备一个小型液冷回路，仅为高通量模块提供服务。固定式存储受到不同的封装和服务限制，需要单独比较。.

六种冷却方法及其各自的极限

目前的电动汽车电池组设计中出现了六种冷却方法，哪种方法最先达到极限取决于表面热通量、封装体积以及冷却液与活电池的兼容性。.

上述各项技术的成熟度各不相同。空气冷却和间接液冷技术已在量产车中得到广泛应用，而基于制冷剂的冷却方式也开始出现在量产车型中。. 浸入式冷却 大型相变材料（PCM）系统在试点项目和高级研发中仍然较为常见，而间接液冷是目前高能乘客舱最成熟的冷却方式。该研究还指出，作为介电液的硅油粘度足以显著提高泵的功率，并且其中一种测试液在泵送负载下表现出非牛顿特性。.

单元形状的变化会影响这些限制条件，因为它会改变可用的接触面积、内部导热路径以及最佳冷却方向。这种比较需要实际的单元尺寸和可用于热接触的表面积。出于同样的原因，流体布局也很重要。在单程蛇形通道中，靠近出口的单元可以运行得更高，因为冷却剂已经在上游吸收了热量，而平行或多入口布局可以降低或重新分配这种温度梯度。.

哪些变量决定了方法，以及应该首先确定哪些变量。

电动汽车电池冷却决策受七个变量的影响，每个变量都有其合理的来源：电池数据表、验证要求或电池组实际运行的占空比。.

这七个因素最终都会汇聚在一起，但其中两个值得尽早明确。首先是电池发热：板面积、通道数量、流速和泵的选择都以此为输入，因此此处的任何改变都会影响后续的每一个决策。其次是扩散极限，它是两者中更难调整的。扩散极限源于电池本身，因此很大程度上不受设计者的控制。外壳类型和工作流体通常可以在设计后期进行调整，而无需重新计算尺寸。.

即便与我们自身利益相悖：如果组件的实测散热量不大，且包装允许使用冷媒，那么液冷回路则需要额外增加泵、接头、冷却液维护和泄漏检测等裕量，而这些裕量在实际使用中可能永远用不到。纸面上的预算对比就能比供应商对比更快地揭示这一点。.

2025年冷却剂导热系数限制发生变化

两份文件已移动 冷却液选择 最近，旧的冷却液规格可能没有反映出这两点。.

• GB 29743.2-2025，机动车冷却液，第 2 部分：电动汽车冷却液。. 该规定自 2025 年 10 月 1 日起在中国生效，规定冷却剂的初始电导率上限为 100 µS/cm，使用过程中允许有所上升。. 行动： 在为销往该市场的任何平台指定冷却液之前，请先向冷却液供应商确认其合规性。.
• ASTM D8566-24, 低电导率乙二醇基电动汽车冷却液标准规范。. 该标准于 2024 年 5 月 15 日经 ASTM D15.26 分委员会批准，规定新鲜冷却液的最大电导率为 100 µS/cm。. 行动： 检查您的循环是否符合本文档或旧式发动机冷却液规范，因为传统发动机冷却液的浓度要高出几个数量级。.

这两份文件均未设定最佳电池温度、均匀性目标或冷却流量。它们仅对流体进行限制，热设计仍由您自行决定。.

电池与冷板之间的界面电阻

电池与其之间的界面电阻 冷盘 通常情况下，键合线比极板更能决定电池可达到的温度，因为键合线是一个串联元件，其电阻随厚度增加而增大，随电导率和面积增加而减小。这一特性也使得这种权衡关系变得显而易见。填充了10 W/m·K材料的10 mm间隙与填充了1 W/m·K材料的1 mm间隙的热阻大致相同。此比较的前提是其他条件相同。.

厚度和导电率之间的关系会带来采购上的影响，而这一点很少被提及。粘合层厚度减半所带来的收益大致相当于填料导电率翻倍所带来的收益。厚度决定了公差和平整度，而导电率决定了价格。厚度通常是更经济的选择。指定溢价 热界面材料 拯救过热电池组通常需要付出高昂的代价，而降低温度的效果本可以通过更紧密的叠层结构来实现。这种比较假设了单向传导，忽略了两个接触面之间的接触电阻，而当任一接触面不平整时，接触电阻都会增大。.

冷却剂流量取决于热负荷和允许的温升。根据公式 q = ṁ × Cp × ΔT，5 kW 的负载，3 K 的冷却剂温升，大约需要 5,000 ÷ (3,300 × 3) ≈ 0.5 kg/s 的冷却剂流量。3.3 kJ/kg·K 的数值来自 50/50 水-乙二醇混合物的纯组分值，并假设混合均匀。请代入您测量的负载和流体数据手册。该计算结果即为冷却剂温升，这是电池间温差预算中的一个项。其余部分则取决于歧管流分布、板面内导热、界面热阻、单电池生热量差异、模块边界处的边缘效应以及传感器位置和公差。在比较不同板型之前，我们会检查给定温差预算能够承受的冷却剂温升。.

如果仅根据总热负荷确定板片尺寸，而未考虑温度分布范围，则电池组通常能够达到平均温度目标，但出口附近的均匀性检查仍然不合格。此时，通常采用增加流量而非改变歧管布局的方式来进行修正。对于在高温环境下每日循环运行的电池组，当测得的温度分布范围开始扩大时，靠近冷却剂出口的电池单元以及板片与电池单元之间的粘合线通常是首先需要重新检查的位置。.

从热量产生数据到冷却方法决策

电动汽车电池冷却方案的选择主要取决于两个输入参数：测量或建模得到的发热量曲线，以及在测量条件下确定的单体电池间温差极限。一旦确定了这两个参数，冷却方法的选择、极板尺寸和流速的确定就能大大减少猜测的成分。关于空气冷却和液体冷却的大部分争论，实际上都源于对这两个参数的理解差异。这两个参数都属于项目层面，取决于具体的运行工况，因此在选择硬件之前，最好通过持续运行测试来确定它们。.

如果您已经有了发热曲线和既定的均匀性目标，下一步就是根据这两项指标检查通道布局和接口堆叠，而这正是我们的优势所在。 电池组热管理 工作开始了。如果你两者都没有，那就先从量热法或供应商提供的热生成图入手，因为之后的所有尺寸决定都会继承它的准确性。.

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