液冷系统的核心任务是建立一条低热阻的导热路径:
热源(电芯):电芯充放电产生焦耳热和反应热。
导热介质:电芯大面贴合导热垫/导热胶,填充微小间隙,减少接触热阻。
换热界面:热量通过导热垫传递给液冷板(通常为铝制,内部有流道)。
热量搬运:冷却液流经液冷板内部流道,通过对流传热吸收液冷板的热量,使冷却液温度升高(吸热)。
外部排热:升温后的冷却液被循环泵送至外部的冷水机组(Chiller),在蒸发器处将热量释放给制冷剂,冷却液自身降温。
冷量分配:降温后的冷却液再次被泵回电池簇,形成闭环循环。
关键部件功能原理作用液冷板内部设计有蛇形或微通道流道,液体流动强制对流传热。最关键的换热部件,直接影响电芯温差。循环泵提供动力,驱动冷却液在管路中循环流动。控制流速。流速越快,换热系数越高。冷水机组 (Chiller)内部包含压缩机、膨胀阀、蒸发器、冷凝器。通过制冷剂相变(蒸发吸热、冷凝放热)来“搬运”热量。将电池废热排至外界空气或冷却塔。膨胀罐容纳冷却液热胀冷缩的体积变化,维持系统压力稳定。保护管路,防止压力过高或过低。阀门与传感器包含三通阀、温度传感器、压力传感器。控制流量分配,实现工况监测与闭环调节。
根据环境温度和电池状态,液冷系统(尤其是集成热泵的系统)通常有三种工作模式:
冷却模式(夏季/大功率充电):
条件:电池温度 > 25-30℃(设定阈值)。
原理:压缩机开启,制冷剂在Chiller蒸发器中蒸发,吸收冷却液的热量;冷凝器风扇开启,将热量排至室外。这是最常见的模式。
加热模式(冬季/低温充电):
条件:电池温度 < 10-15℃(锂电池低温禁充)。
原理:系统切换四通阀,热泵逆运行(或启动PTC电加热)。制冷剂在Chiller中冷凝放热,加热冷却液,冷却液通过液冷板预热电池。
自然冷却/均温模式(春秋季/待机):
条件:电池温度较低且温差不明显。
原理:压缩机关闭,仅循环泵运行。利用夜间自然低温或大的散热面积进行散热,或使冷却液在簇间循环以平衡温差,非常节能。
特性风冷原理液冷原理优势介质空气(比热容约 1 kJ/kg·K)水/乙二醇(比热容约 3.5 kJ/kg·K)液冷移热能力是风冷的3-4倍换热系数自然/强制对流(较低)强制对流传热(高)液冷支撑更高的充放电倍率(0.5C-1C)温差控制空气流动路径长,后段电芯温度高(温差5-8℃)液冷板贴近每个电芯,流道设计可控制温差(目标≤3℃)液冷显著延缓电芯一致性衰减,延长寿命噪音大功率风扇噪音大水泵噪音较低液冷更安静
防漏是第一要务:液体一旦进入电池簇会导致短路和热失控。目前主流方案采用内部无焊接全管路、干湿分离设计(电芯仓与液冷管路物理隔离),接头采用自密封快插接头。
凝露风险:在低温高湿环境下,若冷却液温度低于环境露点温度,液冷板表面可能结露,导致绝缘下降。系统需要控制冷却液入口温度不低于环境露点,或采用保温棉包裹。
水路平衡:在多簇并联的储能集装箱中,需要设计同程式管路或安装平衡阀,保证每个电池簇获得的流量一致,否则远端簇会因流量少而过温。