简要分析动力电池冷却方式

众所周知，电动汽车最核心的部件之一便是动力电池，如同燃油车的发动机，动力电池作为电动汽车的动力来源也需要一个合适的工作温度区间，动力电池的温度太高或者太低都会影响到电动汽车的性能。

温度对电池的安全性、充放电功率、寿命有着直接影响，一般来说，动力电池的最佳工作温度是在15-35℃之间，但受环境温度，以及电池放电过程中的自发热属性，电动汽车的电池组温度并不稳定，因此需要电池热管理系统来调节电池温度。

最近，日产旗下的最新一代Leaf车型就遇到了电池过热影响到车辆充电速度的问题。这款全球销量突破30万的电动“神车”在过去凭借着可靠性和经济性，让其在消费者群体中获得了不错的口碑，但是最近的“充电功率受限”问题让其口碑评价掉转直下。

1 日产全新一代Leaf车型

日产新一代Leaf车型自去年9月发布以来，凭借着时尚的外观、丰富的配置和大幅提升的续航里程获得了不少消费者青睐，销量持续走高。但随着用户群的增加，这款车逐渐爆出了电池易过热，进而影响充电功率的问题。

在推特上，一名用户爆出照片，新款Leaf车型在快充时充电功率最大只能达到22kW，相比原本设定的50kW充电功率来说，这样的表现显然不能让人接受。

全新一代Leaf车型的电池组容量为40kWh，相比最初的24kWh和30kWh版本车型，电池容量高出不少，在官方资料中显示，40min即可充满80%的电量，但因电池过热充电功率受限之后，充满电的时长至少要延长一倍。

关于日产Leaf车型暴露出的问题，在这里就先不详细说了，而是借着Leaf车型暴露出的问题简单聊聊电池组的散热管理。常见的电池热管理主要分为4类：自然冷却、风冷、水冷和直冷。

2 自然冷却

所谓自然冷却就是电池包没有额外的装置进行换热，完全靠周围环境来平衡电池包的热量。其最大的优点就是结构简单，成本低。当然缺点就是散热性能较弱。

图示是第一代Leaf车型的电池包，采用的就是自然冷却方式。可以看到采用这种冷却方式的电池包外观较为规整封闭，除了电流接口外没有其它多余通口。

图示为最新一代Leaf车型的电池包，从结构可以看到日产新一代Leaf车型依然采用了散热能力最弱最被动的自然冷却。

根据搜集到的资料推断，之所以选择这样的散热方式，是因为日产Leaf车型采用了散热性优良的软包电池，其有信心不采用风冷或水冷结构。但从现在的结果来看，显然日产的判断出现了偏差。

两代车型虽然电池包的外部尺寸几乎相同，但电池包容量从第1代的24kWh提升到40kWh，能量密度提升了1.6倍。

在电池能量密度大幅提升的情况下，日产依旧选用自然冷却方式显然有些冒险。一般情况下，在小容量小功率输出的车型中，这种冷却方式较为常见。

3 风冷

风冷采用空气作为换热介质。常见的有两种，一种是被动风冷，直接采用外部空气换热。第二种则为主动风冷，可预先对外部空气进行加热或冷却后再进入电池系统，相比之下第二种风冷形式冷却效率会更高。

这种电池组冷却方式在早期的电动乘用车应用广泛，如起亚Soul EV，在现阶段这种冷却方式在乘用车上用得越来越少，目前更多是用在电动巴士、电动物流车上。

用于冷却电池组的气流可由风扇产生，或者通过车辆行驶撞风产生。图示为起亚Soul EV车型的透视图，可以看到电池组上方布置有气流通道用来给电池组散热。

通过车辆下方进气口进入的空气，一部分通过电池组上方的进气口流入到电池组散热通道内，经由排气口排出车外，从而达到冷却电池组的目的。

这种冷却方式能够在成本控制和电池性能维护方面取得一个比较好的平衡，当然这种冷却方式也存在着缺点，比如不能很好的维持电池单体性能的一致性。随着电池性能的不断提升，对冷却要求越来越高，这种冷却方式正在逐步被淘汰。

4 水冷

水冷一般是采用专门的冷却液作为换热介质。水冷技术是基于液体热交换的冷却技术，比风冷技术效率更高，电动汽车电池组内部温度更均匀，其可与车辆的冷却系统整合在一起。国外对水冷技术研究较早，应用时间也较长，目前大多数外国品牌电动汽车都采用了水冷散热。

相比自然冷却和风冷，水冷散热效率更高，对电池组的温度控制更为精确，能够很好地保证电池组的一致性。当然，缺点就是结构会更为复杂，成本也会大幅提升，对于电动车来说，车体重量对于车辆续航影响较大，水冷技术由于冷却液和相关部件的增加无疑会增加电池包的总体重量，这也是不可忽视的一个劣势。

国外主流汽车厂商在自家电动车型上基本都采用了水冷方式对电池温度进行控制。

以通用集团下的雪佛兰Bolt EV车型为例，其电池包就采用了水冷冷却技术，电池包除了必备的电流接口外，还布置有冷却液接口。常见的冷却液是乙二醇。

在电池包的内部，除了电池模组外，还布置有冷却板，其内部流动的冷却液会带走电池产生的热量，从而达到控制电池组温度的目的。

一般而言，电池冷却板“照顾”的是电池模组，但是通用集团已经应用上了电芯级冷却技术。冷却板直接和电芯接触，毫无疑问，这样的冷却方式效率会更高，同时电池单体性能一致性会更好。

冷却片的厚度仅为0.2mm，在冷却片上均匀分布着导流槽，冷却液可在里面流动，能确保电池处于最适宜的工作温度。

5 直冷

有资料推测显示宝马i3插电版车型上采用了这种直冷冷却方式。

图示为宝马i3电池包剖面图，其中蓝色部分为电池包的冷却系统，可以看到其主要分布在电池包底部。

这些管路即为宝马i3车型的电池冷却系统组成，制冷剂在管路内流动，通过蒸发吸热带走电池产生的热量。