新能源pack系统散热解决方案-液冷板选型和设计

本文摘要（由AI生成）：

文章主要介绍了液冷板在动力电池包中的应用，包括液冷板的定义、一般要求、类型、性能测试和设计原则。液冷板主要用于导出动力电池工作过程中产生的多余热量，避免过量温升的发生。液冷板类型主要有口琴管式、冲压式、吹胀式、平行流管式和型材加搅拌摩擦焊。为了验证液冷板的性能与安全可靠性，需要对液冷板进行出货检测、热性能测试和形式测试。液冷板的设计原则包括基材的选择、冷板种类的选择、流量的确定和水冷流道截面的设计。

       液冷板，似乎并没有什么统一的定义，我们仅就动力电池包的液冷板这个应用场景，给它下个定义，暂且这样描述：动力电池系统中，电池工作产生多余热量，热量通过电池或者模组与板型铝质器件表面接触的方式传递，最终被器件内部流道中通过的冷却液带走。

对液冷板的一般要求散热功率大，能够及时导出动力电池工作过程中产生的多余热量，避免过量温升的发生；可靠性高，在道路车辆环境工作，振动、冲击、高低温交变环境，对多数产品都是比较严酷的工作条件，而动力电池电压动辄几百伏，冷却液泄漏是个严重问题，即使你使用绝缘性能好的冷却液，但遇到外部杂质后，绝缘性能会立即降低，因此，冷板密封可靠性很重要；散热设计精准，避免系统内温差过大，这是出于锂电池自身性能的要求，电池的性能和老化都与工作温度密切相关；对冷板的重量有严格要求，这来自于动力电池系统对能量密度的追求，严重拉低系统能量密度的冷却系统，是客户和设计者都根本无法接受的。

这个板型铝质器件就是液冷板目前新能源车市场的液冷板类型主要有以下几种：

1.口琴管式液冷板

口琴管式液冷板具有成本低、重量轻、结构相对简单、生产效率高等优点，但由于其流道单一、接触面积小、管道壁薄，导致它的换热效果一般且承重能力较差。

压式液冷板

    冲压式液冷板具有流道可任意设计、接触面积大、换热效果好、生产效率高、耐压与强度好等优点，但由于其需要开模，因此成本较高，且对平整度要求高，安装难度大

3.吹胀式液冷板

吹胀式液冷板具有成本低、换热效果好、生产效率高等优点，但由于其材质偏软，因此在耐压与强度方面存在较大的短板。

4.平行流管式液冷带

平行流管式液冷带具有换热效果好、适用于圆柱形电芯的优点，但由于其结构复杂，因此成本高。

5.型材加搅拌摩擦焊

这种将型材通过搅拌摩擦焊连接成型的液冷板具有可靠性好、承重能力好、表面平整度好、换热效果好等优点，但由于其厚度较厚且加工方式复杂，因此成本高、重量重且空间占有率高。

6为了验证液冷板的性能与安全可靠性，需要对液冷板进行如下三个方面的测试

1. 出货检测

2. 外观检测；

3. 尺寸检测；

4. 常温密封性。

2.热性能测试

1. 冷却性能测试；

2. 加热性能测试

形式测试：

1. 低温密封性试验

2. 压降测试

3. 爆破试验

4. 静压强度

5. 耐高温试验

6. 耐低温试验

7. 压力交变试验

8. 盐雾试验

9. 带载振动试验

10. 内部腐蚀性试验

11. 进回水接头拉拔力测试

水冷散热器的设计原则

1基材的选择：尽量避免一个系统中有两种电极电位差较大的金属，减少电化学腐蚀。

2冷板种类选择:基于液冷系统的结构和是否承载重去选择

3 流量的确定：由于水冷的系统比较庞大，一般不会对整个系统做仿真分析，而是先设定水冷散热器流量，再根据对应的系统流动阻力匹配水泵。总热量和工质的物性参数确定后，流量和温升成反比                           

若温升较高，则水冷系统的换热器（冷却水用）需要设计的比较大；若温升过低，则需要选用比较大的水泵。因此温升过高或过低都会引起成本的增加。基于经济性考虑，常常有个经济型温升范围，也就同步确定了散热器的流量。

4.水冷流道截面的设计

经理论推导，对流热阻与截面的水力直径成正相关的关系。

也就是说，其他条件相当，水力直径越大，对流热阻越大。我们知道，水力直径D=4A/X，其中A为流道截面积，X为流道截面周长，也就是说，截面积相等的条件下，周长越大，水力直径越小，对流热阻越小。 

 4.流速的限制

基于一份基础研究报告，流速超过一定限值，工质会破坏金属壁面的氧化保护膜，造成冲蚀。不同的金属，限值不同，铝材最好低于2m/s。因此，限定了流量之后，流道总的截面积也基本限定了。

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