浅谈电动汽车应用中热管理设计

随着“碳中和”的号召越来越大，越来越多的汽车行业转型生产电动汽车以此来解决碳排放问题，冷却系统成为电动汽车热管理发展的重要研究课题｡液体冷却的热管理性能卓越，可显著提高能效。得益于这一特点，电动汽车充电站、电动汽车基础设施等高热通量电子系统都采用了液体冷却技术。

 

在“为何流体动力学对高性能电子产品的设计至关重要”一文中，CPC热管理工程经理Elizabeth Langer博士认为，基于优化性能，增强可持续性的目标，设计人员必须考虑电动汽车应用中冷却液的管理与传统气流冷却系统的区别。

 

传热系数(H)：热力学可满足电子设计需求

将使用自由对流和强制对流的气体和液体的相对传热系数进行比较后可知，通过液体散热比通过气体散热更为有效。一般而言，传热系数高表示散热效果相对较好。如下表所示，从强制空气冷却到液体区域，强制单相和两相液体冷却使性能呈指数级增长。电动汽车充电时热量变得越来越高后，汽车锂离子电池的热管理需求便愈发重要了。

相对于空气冷却，流体的高传热效率使得液体冷却具有明显的绝对优势。为了使高性能应用能够获得这些优势，需要将液体组件与发热电子器件集成在一起。   要获得有效的散热管理和整个系统的完整性，关键是采用整体设计方法。所有冷却组件（快速插拔接头、管道、冷板、泵等）必须满足并支持应用要求。理想的直接冷却回路在其应用周期内有效地平衡功耗的同时还提供了优秀的热管理性能。

流量系数 (Cv)：如何比较连接器性能

流量系数衡量液体在系统中流动的相对效率，在评估整体系统流动要求时，是比较单个连接器备选方案的重要工具。Cv是给定流体的体积流率。例如，CPC Everis LQ2系列连接器的Cv为0.37，这意味着0.37加仑的水通过每个1/8英寸流量Everis LQ2连接器将导致1 psi的系统压降。

根据所使用的冷却流体和系统工作温度，给定快速插拔接头的Cv值会有很大不同。通常，会使用4℃至38℃温度范围内的纯水对公布的Cv值进行标准化。然而，可提供性能优势的替代冷却剂或制冷剂可能具有与水明显不同的物理和热特性。因此，基于所选冷却流体的流量系数以及系统环境条件，指定的最理想连接器（及其相关内径）会有所不同。这是尤为重要的考虑事项，可以避免尺寸调整错误。

高效的连接器可以助力热管理:      

增加流体在系统中能够循环的流体量和流速，促进热传递

适配的制冷剂比重便于热量传导

在较小的空间内实现高 Cv

便于安装与维护，避免冷却液溢漏

为了帮助电动汽车行业更高效地进行液体冷却热管理设计，Elizabeth Langer博士整理了流体动力学可借鉴经验要点、需要注意的各类影响因素，其中包括：

在规划流体通路的连接时，体积流率对设计有什么影响？

冷却剂比重的选择上，有哪些重点考虑事项？

对物理空间等环境有严格要求时，如何选择连接器以便更便捷操作？

连接器的接头配置如何选择才能减少流体抗阻？

审核编辑：黄飞