打铁还需自身硬-论800V电池快充冷却（上）

1案例分析

最近电池4C快充的话题比较火热，找了几款车子对标，其中有个现代IONIQ 5的快充案例，电池包是800V平台，总电量达到72.6kWh，亮点之一是S0C10-80快充只要18min。

 

在起始温度最高28-29℃的情况下实际测下来20.47min，下图可以看到整个充电过程电池温度一直在上升，最高温度达到52～53℃的样子。在刚开始大倍率充电阶段发热量非常高，预估发热量在十几千瓦，在这样的数量级面前，电池和空调压缩机都没有这个能力将热量带走（整个系统的驱动力还是压缩机，电池热管理和chiller等只是热量的搬运工），所以该阶段温升很快，所产生的热量大部分转化成电池温升。随着充电倍率下降，发热量下降，同时电池温度与冷却液温差增大后换热量才开始增大，电池的温升斜率变小，直到最后阶段电池温度才下降。

 

我们再来看下模组的导热路径，从示意图来看是底部液冷，模组底部与水冷板之间有导热胶，总体热阻比Taycan小。从电池的温差大致推测，预计峰值换热量在4kW左右（纯盲猜，因为并不知道进出口水温和流量）。

 

2800V电池包的发热量

从IONIQ 5的案例来看，热管理单块冷板“轻松”搞定了20分钟的快充，是不是因为电压平台的提高，降低电流使电池包发热减少了呢，我们来做个简单的计算。假设57.6Ah三元电芯10sDCR内阻1.4mΩ左右，通过如下串并联关系计算得整包内阻126mΩ，算上电连接和接触电阻等估计在130mΩ以上。

 

要知道差不多同样电量的400V电池包内阻一般在40mΩ左右，可见800V平台电池包内阻会是400V平台的3~4倍的样子。可以通过如下图电路图发现，虽然电流减小了一半，但是内阻增加到了4倍，发热量是一样的。所以，同样的充电功率400V和800V电池包发热量应该说是属于同一水平线。

 

3制冷需求影响因素

这么看来，800V电池做20分钟快充和400V电池做20分钟快充是一回事。那么影响电池热管理设计目标（电池包换热能力），以及整车空调需要提供多大制冷量给电池，可以通过如下公式做初步计算：

当然也可以利用系统仿真进行初步评估，以及研究各参数对于系统性能的影响

 

快充时间&电流曲线

快充时间和快充电流首当其冲，个人觉得是影响最大，因为快充时间的缩短意味着短时间内充电功率会增大，发热量会以指数增长，以IONOQ5为例，SOC10-80%20分钟如果需要最大5kW的冷量的话，15分钟可能需要最大10kW以上，直接翻倍。（注：如下计算，不同电池包电量内阻按安时折算，且假设最大冷量能被带走。）

 

电池电量

至于电池包电量的话，影响的主要还是充电电流的大小，同体系50度电和100度电的电池包做快充，虽然50度电的整包内阻会大一些，但是发热量还是电量多的包大。

电池类型（电池内阻）

电芯内阻也绝对是发热量的重要影响因素，同等情况下内阻大10%，就是意味着发热量大10%。不过这里要说的电池内阻主要是NCM和LFP的区别，众所周知，铁锂的内阻要比三元大很多，可能70度电的LFP电池比100度电的NCM电池同样快充时间需求的冷量可能更大。

最高温度

控制电池最高温度意味着电池吸收的热量减少，冷却系统需要带走的越多，从IONIQ 5的案例看，中间过程的最高温度并不低，高温使用势必会加速电芯老化。这个每家的开发策略不一样，需要从各个维度去平衡。

4总结

总体起来就是一句话，快充时间越短，内阻越大，电量越大，需求的冷量就越大；快充充电曲线不一样，对电池温度也有影响，若想将电池控制在越低的温度，需求的制冷量也会增加。

 

为了进一步提升快充功率，在电流提升受限制的情况选择提升平台电压，这就是800V电池包出现的一方面原因，在整包电流目标500-600A的背景下，单电芯倍率需达到4C及以上。虽然主要压力还是在电芯，但超级快充对冷却系统的设计也带来了前所未有的挑战，发热量增大需要更强大的换热能力来支持高倍率充电，下期我们来分析下如何提升电池包“热量搬运能力”。

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