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科学家和技术人员们在过去的一、二十年中开发了许多冷却和加热的解决方案，但它们各自仅能满足部分需求。直到最近这两年，一种似乎最为全面的解决方案进入人们眼中：液体沉浸式冷却。
为什么是沉浸式冷却？这是壳牌在去年一场电动汽车创新峰会上提出的一个话题。 壳牌大家都知道是一家销售汽车燃油和润滑油的零售商，它也因此而出名。但实际上，它还是国际上主要的石油、天然气和石油化工的生产商，是世界第一大石油公司；同时它在冷却防冻技术上也有长久的积累。电动汽车产业兴起之后，壳牌开始着力研究锂电池的冷却，在考虑了一系列冷却方式后，最终发现只有沉浸式冷却才是最佳。 无独有偶，不仅壳牌这样的老牌企业，如Mivolt、行竞科技等纷纷表示，沉浸式冷却才是电池冷却未来的方向。
目前动力电池的散热结构形式多种多样，主要有空气冷却、液体冷却、蒸发冷却、冷板冷却、热管冷却、液体射流冲击冷却技术等。空气冷却在电动汽车发展早期很受欢迎，但现在它提供的性能和能量已显露出明显不足；蒸发冷却具有很大的加热潜力，理论上对充电场景很有帮助，但无法在非常冷的温度下充分加热电池。使用线圈或冷板的冷却难以维持电池的热特性，最终会影响电池的性能和寿命。 沉浸式冷却基本排除了上述缺点。它将所有主要的电池组件浸没在一种热性能很强的非导电液体中，它能确保整个电池组的所有部件温度均匀。由于冷却液环绕着所有的电池、集电器和控制单元，因此可以在模块和电池串之间获得稳定的温度，从而使电池组能够更好地响应车辆的高要求。它作为接触式冷却，热接触和均匀性更加优异，具有更好的冷却效果，还可以抑制热逃逸现象。 沉浸式冷却自身有两种分支，两相电介质沉浸式式冷却和单相电介质沉浸式式冷却。 要了解它们首先得明白电介质的含义。电场可以存在其中的物质叫电介质。电介质的带电粒子是被原子、分子的内力或分子间的力紧密束缚着，所以大部分电介质的电阻率很高，是不导电的绝缘体。但我们不能简单将电介质等同于绝缘体，因为有部分电介质的电阻率不高，但由于它们能发生极化作用，所以也可以归类于电介质。电介质的概念包含绝缘体，即绝缘体一定是电介质，但电介质不一定是绝缘体。 当然，在锂电池沉浸式冷却领域，电介质冷却液一定是绝缘的，很浅显的道理– 非绝缘液体会造成电池短路。 两相和单相又是什么意思呢？简单来说，两相电介质冷却液在冷却过程中存在液态和气态，而单相就是在冷却过程中只有液态或气态一种，具体到沉浸式，那么只有液态一种。在冷却过程中，单相使电介质液体穿过热的电子元件并进行热交换；两相使用低温蒸发过程来冷却热的电子元件并将热量从液体中转移出去，气体通过热交换方法冷却并回流到液体中，整个过程类似于空调冷媒。 对选择两相还是单相电介质方面，壳牌是这样考虑的：使用两相流体，冷却性能很好，但在热管理方面，如果需要加热电池，会是一个难题。在从工艺角度考虑设计和工程复杂性以及产品的具体处理时，两相技术有其局限性。成本和重量也是核心问题之一，两相流体大约是相同体积单相流体重量的两倍。因此，壳牌现阶段专注于单相沉浸式冷却，认为它很好地融合了冷却、加热以及成本和重量方面的所有关键要求。
具体来说，沉浸式冷却在三个核心标准上符合电动汽车的要求：性能、安全性和材料兼容性。 性能方面，其他类别的冷却技术在实现超快充电时间方面已经达到了上限，但沉浸式冷却可以突破这个上限。由于电池需要维持在一定环境温度内，如果温度远高于此值，则会缩短电池续航时间，但如果温度太低，则会降低电池性能，沉浸式冷却擅长在整个驾驶周期内保持电池温度始终如一，这也是业内将沉浸式冷却归类于“热管理”而不是“冷却管理”的原因之一。 安全方面，沉浸式冷却范围内，即使单个电池发生热失控，流体也会防止相邻电池受到影响。这非常重要，大大降低了电池包自燃等可能性。 为了验证沉浸式冷却的潜力，研究人员用三种冷却方式进行了赛车模拟。第一辆完全没有散热解决方案，最终车辆无法完成比赛，在中途就因过热宕机。第二辆使用普通水冷，虽然车辆可以完成比赛，但电池包中的温度已经接近了临界水平。第三辆沉浸式冷却不仅完成了比赛，而且将温度一直保持在可控水平，峰值温度为50摄氏度，而其它两辆车的峰值温度分别为 60 和 57 摄氏度。
沉浸式冷却还有一点，是其最吸引人的地方：它有可能重构整个电动汽车的热管理。在传统电动汽车中，各子系统（例如电动机、逆变器和电池）都需要某种形式的热管理，但每个组件目前都有自己的解决方案：电池和逆变器都有自己的冷却系统，而电动机则覆盖有水套。然而，使用沉浸式冷却，可以让整车企业只需一套解决方案，就可以控制整个系统的温度。 点击下方二维码关注IND4汽车人职聘公众号 了解最新汽车行业招聘信息 本文来源【IND4汽车人】版权归原作者所有 |
