【全球車子網(wǎng) 技藝頻道】差不多全部人都碰到過這類概況：電話充電十分慢，一摸后背發(fā)覺很熱，SOC也沒到達(dá)80%以上的涓流充電地域。

　　筆者還碰到過更極其的，汽車內(nèi)部空調(diào)整出風(fēng)口電話支架上的電話一直充不進(jìn)入電，摸一發(fā)放現(xiàn)被陽光曬來過熱（不在手上/褲兜里沒有溫度感知），才知覺是上次關(guān)了空調(diào)整出風(fēng)口忘記重開。一朝重開，電池溫度降下去，電又充進(jìn)入了。

　　那末，被曬到燙手的鋰離子電池會爆炸嗎？就日前咱們能獲知的常識和經(jīng)歷來看，根本不會炸，但必定會不停惡心你。

　　上一集《電池生命》中咱們總結(jié)過，能源電池真的十分不好服侍，吃太飽會折壽，吃太快會折壽，吃太久會折壽，餓太久會折壽，太熱會折壽，太冷會折壽，左右波動會折壽，上下波動會折壽，吃的次數(shù)太多會折壽，吃的間隔太長會折壽。

　　今日咱們馬上來聊聊電池溫度操控的事宜。看過本專欄的友人必定都很明白電池對溫度極為感性，最好運(yùn)用溫度大約在25±5℃，但非是全部配方的鋰離子電池皆是這種地域，由于每種配方都有最符合本人的充放電特性。

　　就鋰離子電池大伙族而言，通常充電的可控溫度區(qū)間在0℃到45℃之中，太差溫就沒有辦法充進(jìn)入，例如威馬就弄了個小柴油機(jī)給北方使用者在冬季加熱電池（是以混動車嗎？手動狗頭）；太高溫了也充不進(jìn)入，例如BMS會將庇護(hù)溫度設(shè)定在45℃到55℃左右，充電升溫到45℃的時刻，BMS將充電電流下降，或許停止充電一段時間再接著充電。

　　鋰離子電池放電的溫度區(qū)間寬一絲，通常在-20℃到45℃之中。北方使用者都曉得智能電話冬季在戶外時不時會黑屏重啟或許干脆就開不了機(jī)，這便是由于電池里面活性曾經(jīng)沒了；放電高溫就更好了解了，用電話玩?zhèn)�電話就可以感觸到溫度急劇上升，筆記本電腦運(yùn)作大型游戲也會過熱甚而自動關(guān)機(jī)。

　　今日咱們只聊高溫庇護(hù)與降溫形式，低溫庇護(hù)留到以后另辟一篇細(xì)聊。

　　上文咱們剖析了高溫會慘重作用鋰離子電池的充放電功能，實(shí)質(zhì)上高溫還會慘重作用重復(fù)生命。

　　下圖是不同溫度下磷酸鐵鋰配方鋰離子電池經(jīng)驗(yàn)屢次重復(fù)以后的電池功能，可視高溫（綠色60℃、紅色120℃）在操控變量下是極具摧毀性的功能衰減要素。

　　自然，特殊電池也是有的，例如軍事用途的電池可行承擔(dān)-50℃或85℃的極其溫度，注意是“或”，要么是超低溫電池，要么是超高溫電池。這點(diǎn)電池可行給咱們的高原戰(zhàn)士提供單兵消息化配備的超低溫電源，給陸�？哲娚醵�火箭軍部隊(duì)提供耐受超高溫的電源。

　　但價值就……

　　嗨，這類開銷是不算本錢的，但咱們民用范疇的乘用車必需算本錢，是以各位還不要抱怨新燃料汽車在極其氣溫下不好使了，花多少錢辦多大事。

　　另外，另有一個寬溫電池，能做到-40℃到70℃左右，它非是一種電池單體，卻是一個十分貴的裝置，內(nèi)部有要求讓電池耐受更寬的溫域。

　　美國空軍實(shí)驗(yàn)室曾在2019年發(fā)表過一個從20 ℃到120 ℃全能用的電池，電解液是二草酸硼酸鋰（LiBOB）和多個高沸點(diǎn)碳酸酯溶劑的混合物，江湖傳說是“扔到火里都不會燒起來”，老牛了。

　　是以那一些總是吹美帝要完蛋了的友人可行歇著點(diǎn)了，美帝達(dá)成產(chǎn)業(yè)化比咱們造了一百好幾年，俺全民吃飽才多少年，可不行盲目自信。

　　這幾年，說3分鐘能充滿的新聞曾經(jīng)夠多了，3分鐘但是20C充電倍率啊，發(fā)熱量是1C充電的400倍，你是想充電仍是引爆車載能源電池呢？

　　Q=I2Rt公式那么快就還給高中物理老師了？

　　電池事業(yè)是有電暢通過的，勢必會發(fā)熱。注意，I頭上是兩次方……

　　咱們通常用的18650電芯，在滿電狀況下93℃最初發(fā)生放熱反映，123℃發(fā)生熱失控，而通常電池怎樣充電和放電都不會干脆打到93℃高溫的，唯有幾種過載疊加在一同。平時咱們有哪些概況會引起電池過載并過熱呢？

　　1、理想的鋰離子充電進(jìn)程應(yīng)當(dāng)是“涓流充電-恒流充電-恒壓充電-涓流充電-充滿”，此中恒流充電階段的電流十分高，這時刻就會有大批熱量發(fā)生，多半熱量來源內(nèi)阻焦耳熱和電池化學(xué)反映生熱。

　　2、同理，鋰離子大電流放電時，例如你深踩電門老長一段時間，也會發(fā)生大批熱量。

　　3、或者大電流充電以后立刻大電流放電。

　　4、或許周遭氣溫過高時發(fā)展大電流充放電。

　　5、過充電的副反映生熱，以后還來一種大電流放電。

　　6、電池自身里面構(gòu)造受損，內(nèi)阻R極大，不要I充足大就可以提升溫度。

　　有大批熱被鎖定在高壓電池包中間，假如不及時解散這幫反動分子，就有可能會形成：

　　1、電池生命縮小：溫度過高會導(dǎo)致電池里面產(chǎn)生副反映，資料功能退化，重復(fù)生命大大縮小。

　　2、大電流引起極化：大電流快充時，可能引起電極處的濃差極化景象，局部過熱，電極資料被破壞，鋰枝晶迅速發(fā)生，有短路風(fēng)險。

　　3、過充電引起熱失控：便是充滿了還接著充，電池過熱，正極中的鋰離子過度脫出，正極終歸腎透支，其晶格構(gòu)造塌陷并析出氧氣，氧氣的解放還會進(jìn)一步形成電解質(zhì)分解，電池里面負(fù)擔(dān)增添，輕則鼓包漏液，重則短路熱失控。

　　4、SEI膜的分解：下一步便是短路和熱失控。

　　5、鑲嵌鋰與電解液反映：破壞電池構(gòu)造，容量下降甚而電池?fù)p壞；若電解液放熱分解，熱失控速度更快。

　　6、鑲嵌鋰/金屬鋰與氟化物粘結(jié)劑反映：放熱，或熱失控。

　　7、正極活性資料分解：破壞電池構(gòu)造，容量下降甚而電池?fù)p壞。

　　8、PE和PP隔膜融化：130-190℃之中的熱失控，以后電池構(gòu)造進(jìn)一步損壞，形成十足失控。

　　日前在新燃料范疇，有4種主流的電池冷卻方案，此中風(fēng)冷體系還能細(xì)分為被動風(fēng)冷與主動風(fēng)冷。下表是各式方案的簡述，嫌文章太長的友人瞧完表格就能干脆跳到最終結(jié)論那邊了。

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　　冷卻原理：心靜當(dāng)然涼

　　冷卻效能：十分原始 十分弱雞

　　體系本錢：四舍五入便是不用錢

　　現(xiàn)實(shí)案例：老年代步車、高爾夫球車、早期的新燃料車

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　　當(dāng)然冷卻便是“心靜當(dāng)然涼”，相似于在沒有風(fēng)環(huán)境下靜坐（專門找了張水面沒有波紋的相片）追求心靈平靜，散熱方向和散熱效能差不多于“隨緣”，特別佛。

　　最近筆者很想理解內(nèi)置電池款的駕車紀(jì)錄儀，內(nèi)部的電池為何能耐受前遮風(fēng)玻璃下的高溫。百家號作者 @木棉花在路面上 就拆過一款駕車紀(jì)錄儀換掉鼓包的鋰離子電池，咱們可行見到電池在機(jī)子內(nèi)部基本就沒散熱裝置，便是容易粘在主板旁邊罷了。這便是典范的當(dāng)然冷卻方案。

　　當(dāng)然冷卻方案的效能最低，是由于基本無設(shè)計(jì)散熱舉措，不過容易讓電池被動地向全部接近它的氣體固體界面?zhèn)鲗?dǎo)熱量。假如遇上積熱的概況，是沒有辦法有用被散走的。

　　平常生活中，咱們會說到好多采用當(dāng)然冷卻方案的電動機(jī)動車，例如電池發(fā)熱量自身就適中的電動兩輪車，例如驅(qū)動電機(jī)功率很矮因而電池發(fā)熱量還不大的老年代步車和高爾夫車，以及早期的新燃料乘用車型，最重要的聚集在混動車范疇，由于混動車高壓電池包的事業(yè)負(fù)擔(dān)比純電動車的小好多。

　　盡管當(dāng)然冷卻弱雞，但當(dāng)然冷卻方案下電池包熱失控的幾率反而很矮，上述車型絕許多數(shù)熱失控案例都非是由于電池充放電時期過熱導(dǎo)致的，那么低功率的能量包基本整不出甚么大動靜來。

　　冷卻原理：讓空氣流動起來，部分熱量隨著空氣流動被帶走。

　　冷卻效能：通常般（被動風(fēng)冷）/尋常用是不會過熱的（主動風(fēng)冷）

　　體系本錢：很廉價（被動風(fēng)冷）/廉價（主動風(fēng)冷）

　　現(xiàn)實(shí)案例：半數(shù)市售的新燃料車

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　　風(fēng)冷體系在各行各業(yè)使用都十分廣大，這邊面還分為被動風(fēng)冷和主動風(fēng)冷。

　　被動風(fēng)冷便是拿一碗粥放桌面等它涼，主動風(fēng)冷便是用嘴吹一下粥讓它涼得更快些。吃過粥的友人必定很明白，主動風(fēng)冷方案確信是更頂級的，能讓咱們更快吃上粥。（相片 @快廚房）

　　被動風(fēng)冷方案咱們切實(shí)見太多了，下圖是摩托車啟動機(jī)的風(fēng)冷散熱片，在缸套上有一層層的金屬散熱片，把散熱面積盡可能整大少許，提高散熱效能。

　　假如連散熱片全沒有的，那就連被動風(fēng)冷都非是，卻是最根基的當(dāng)然冷卻方案。

　　別小看被動風(fēng)冷方案，本錢低但收益很高，算得上性價比之王。

　　這就相似華夏古代皇帝背后那兩把“五明扇”，多半人都認(rèn)為它是主動風(fēng)冷體系，實(shí)質(zhì)上是皇帝外出是被動風(fēng)冷的——小皇得靠吹來的風(fēng)來散熱，這兩把大扇子不過堯舜帝傳下去宣示皇權(quán)的禮儀扇子。

　　同理，諸葛村夫白羽扇不離手，非是由于他熱，須要主動風(fēng)冷，那玩意是拿來對三軍指手畫腳用的，孔明乘涼依舊依托被動風(fēng)冷。

　　風(fēng)冷就更好了解的，凡是裝過臺式電腦的友人都會有感官，在CPU外表涂一層導(dǎo)熱導(dǎo)熱硅脂以后，就可以往上碼一種風(fēng)扇，風(fēng)扇得接上電源，由于它是主動風(fēng)冷你方案。

　　例如下圖豐田普銳斯的主動風(fēng)冷電池包，構(gòu)造本來跟CPU散熱風(fēng)扇是一模一樣的，不要多加解釋。

　　還有一個主動風(fēng)冷方案，進(jìn)氣以后會先將空氣發(fā)展冷卻，增添空氣與電池之中的溫差，在然后的對流中帶走更多熱量。

　　日前市面子上半數(shù)新燃料車都采納風(fēng)冷方案，例如日產(chǎn)Leaf聆風(fēng)、日產(chǎn)e-NV200、本田Insight、本田飛度EV、雷諾Zoe、現(xiàn)代Ioniq等。此中舊一絲、功率低一絲的車會用被動風(fēng)冷，新一代的、功率高一絲的用主動風(fēng)冷。

　　冷卻原理：跟風(fēng)冷一樣，只只是液體比熱容更高，因而冷卻效能更高。

　　冷卻效能：很好

　　體系本錢：貴

　　現(xiàn)實(shí)案例：特斯拉全系、蔚來全系等，長續(xù)航新燃料車根本都用液冷

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　　裝機(jī)的友人會講，功率大了是非是得上液冷呀？是的，兄弟。

　　液冷方案更好了解，咱們民族的祖?zhèn)骷妓囍�一。唐朝長安城內(nèi)部的少許富貴人家就會用水車把水送上樓頂來散熱。（本圖作者 @這常識好冷）

　　同樣的構(gòu)造也可行經(jīng)過傳動機(jī)構(gòu)將有效功轉(zhuǎn)嫁到屋子內(nèi)部，驅(qū)動大扇子旋轉(zhuǎn)，這就成了主動風(fēng)冷。

　　陳舊的特斯拉車型用18650電芯，7000若干電芯創(chuàng)建一種矩形的高壓電池包，冷卻體系的繁雜性使人發(fā)指。

　　下圖可行見到老款特斯拉Model S的液冷方案，用一個蛇形冷卻管穿過電池組，應(yīng)用水-乙二醇冷卻液帶走熱量。

　　蔚來的液冷方案也十分繁雜，由于這是市面子上絕沒有僅有的可換電液冷方案，每一次換電都要斷開液冷體系的回路，3分鐘后又從新接連上去。為什么要斷開呢？由于把整套液冷體系都裝在高壓電池包上面是不現(xiàn)實(shí)的，熱交換仍是得依托車載體系，況且換電站的空間和器械負(fù)荷還不能沒有休止增大。

　　再例如雪佛蘭Volt增程式混動車的液體冷卻方案，應(yīng)用一塊鋁制的板材容納五條單獨(dú)的冷卻液渠道，以此運(yùn)輸熱量。

　　另有奇葩的玩法，便是把電芯都浸泡在高沸點(diǎn)、非導(dǎo)電的液態(tài)冷卻液中間，干脆“躺平”就不理會了。

　　下圖是XING Mobility的電池冷卻方案，冷卻劑是3M Novec 7200電子氟化流體，全個巨型的電池包可行容納4200個18650電芯。

　　液冷方案比風(fēng)冷方案要笨重好多，構(gòu)造也繁雜好多，這也解釋了為什么熱衷于賽車活動的保時捷那么遲才把911的水準(zhǔn)對置六缸推行水冷時期，保時捷-皮耶希家庭一直都很崇尚輕量化。

　　電池液冷方案須要用到一套冷卻液管道、一套電動泵、一套電子風(fēng)扇、一套電控體系以及一套水箱散熱器，重量與造價遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出風(fēng)冷，但換熱效能與體系穩(wěn)固性也高出一截。

　　除了剛剛提到的車型之外，福特�？怂笶V、奧迪R8 e-tron、沃爾沃T8插混系列、雪佛蘭Bolt等等，都運(yùn)用了液冷方案。

　　筆者單方面以為，液冷方案的能源電池，重復(fù)生命會比風(fēng)冷方案的高出不少。

　　由于液冷方案可行更高效地“減緩”鋰枝晶的生成與蔓延（注意是“減緩”而非“阻止”），電池容量衰減延緩，電池?zé)崾Э仫L(fēng)險下降。

　　冷卻原理：應(yīng)用流體的相變，大量量吸熱、運(yùn)熱、散熱。

　　冷卻效能：很高

　　體系本錢：死貴

　　現(xiàn)實(shí)案例：寶馬i3、寶馬i8、寶馬X5 PHEV、奧迪A6 e-tron、奔馳S400 Blue等

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　　“相變”的概念聽著玄乎，本來不難了解。例如水有三相（也叫“三態(tài)”），氣態(tài)水、液態(tài)水、固態(tài)水（冰），三相之中轉(zhuǎn)換是要吸熱或許放熱的。

　　眾所周知，“變態(tài)”須要相當(dāng)大的勇氣，因而“相變”須要消化/放出好多熱量，才能達(dá)成“相”的浮動。

　　那么說來，相變冷卻比液態(tài)冷卻的換熱效能更高，由于液冷一直皆是液體罷了。

　　盡管物質(zhì)有氣相、液相、固相，但相變冷卻體系要確保相變介質(zhì)的流動性，就只能讓流體在氣相和液相之中轉(zhuǎn)換，這與空調(diào)緊縮機(jī)的事業(yè)原理是一模一樣的：液體吸熱汽化成氣體并帶走了熱量，到冷凝器那邊液化成液體并解放了熱量（且排到體系之外）。

　　有些媒體喜愛將相變冷卻翻譯成“干脆冷卻”，可能翻譯自詞匯“Refrigerator Direct Cooling”，只是筆者以為非是很直觀。

　　盡管古代無氟利昂和緊縮機(jī)，但華夏北魏朝代最初就有專門給皇帝乘涼用的、裝了冷氣設(shè)施的夏宮（凌云臺涼風(fēng)觀冰室），下方是一口冰井，很深，像咱這類沒文化的通常簡單稱呼其為“深井冰”。

　　冰塊在冬季就要開采，采夏季用冰量三倍作為儲量，放到20米之下的深井中間窖藏。

　　用時就拿出去放到夏宮的冰井下方，冰融化成水會消化熱量，從固相變成液相的進(jìn)程中帶走了熱量。另外，冰水蒸發(fā)進(jìn)程中，從液相變成氣相的進(jìn)程中也會帶走熱量。

　　同理，剛剛提到的液冷方案中，殘留在房頂上的水持續(xù)蒸發(fā)，也會帶走必定熱量。因而往房頂澆水的冷卻方案，明確來講是“液體冷卻+相變冷卻”。

　　日前運(yùn)用相變冷卻方案的乘用車根本聚集在BBA三家德系廠家這邊。相變冷卻體系盡管貴，但空間比較液冷要小，因而在奢華品牌這邊吃香。有國外機(jī)構(gòu)顯示，相變冷卻體系未來有望大幅度減價。

　　下面這張曝光的圖中顯現(xiàn)，i3采納了R-134a制冷劑發(fā)展相變冷卻，從液相變成氣相的進(jìn)程中帶走電池?zé)崃俊?/p>

　　下圖便是冷媒走的渠道，4+4條管，4進(jìn)4出。

　　“稱職”的意思是在本錢適合的前提下能源電池在絕許多數(shù)工況下不會過熱。

　　冷卻體系占據(jù)新燃料驅(qū)動體系的總本錢比重不高，每一輛車在標(biāo)定時都會監(jiān)測能源電池在不同工況下的發(fā)熱量，像那一些老年代步車或許平凡買菜車的發(fā)熱量就沒必需上液冷體系了，像蔚來特斯拉這點(diǎn)專門整大功率電動車的就不行只用風(fēng)冷體系了。

　　冷卻體系的工況標(biāo)定也是相當(dāng)大的困難，由于能源電池包非是單一全體，內(nèi)部有模組，模組內(nèi)部有電芯，微觀的發(fā)熱量各不相同（電芯各個部件的實(shí)時溫度不同），宏觀的發(fā)熱量各處不勻稱（例如串聯(lián)式冷卻，進(jìn)風(fēng)/進(jìn)液端的電芯確信比出風(fēng)/出液端的電芯涼快），如何實(shí)現(xiàn)高效可控的冷而是頭疼的事宜。

　　再者，三電體系的冷卻可行是單獨(dú)的論題，也可行是概括的論題，有些車企會將某些總成的冷卻體系合并，以求更輕量化的整備品質(zhì)。

　　當(dāng)前的文章其實(shí)不算特別完整，有些常識點(diǎn)也會有疏漏，敬請雅正。然后的事業(yè)中，筆者也會尋到車企或電池公司的工程師友人請教相干內(nèi)容，并將實(shí)時革新到本文內(nèi)。

（圖/文/攝：全球車子網(wǎng) 黃恒樂）

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