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【电驹深度】电池风冷、液冷到底怎么选?看完就懂了

至今,仍然有一些人在为风冷站台,我竟然在一期节目里看到了某“专家”在解说车型的时候说风冷不比液冷差……作为专业的新能源汽车编辑,笔者觉得有必要为大家科普一下,液冷和风冷的区别远非影响续航里程那么简单。

研究表明,当电池持续工作在45摄氏度以上时,其循环寿命明显降低,这种情况在高倍率充放电时更为明显。如果电池长时间地工作在高温环境下,其寿命会明显缩短,性能下降,甚至会出现安全事故。

北京交通大学曾做过实验,磷酸铁锂电池在在常温下经过700-800个循环之后,容量保持率依然有95%左右,而当温度提升至40度时,保持率就在80%左右了,比常温下有明显降低。另外,该实验还指出,如果实验温度提高到60度,1000个循环之后电池容量保持率只有70%左右。

注意,这是用磷酸铁锂电池实验的,磷酸铁锂电池本身的循环寿命更长,且耐高温性能相对更好,而三元锂电池设计循环寿命更低,在高温情况下循环1000次之后,容量保持率大家可以去想像一下……

液冷VS风冷:散热

既然高温对电池影响这么大,那一定要采取相应的散热措施来保证电池的工作温度,目前最普及的方案是风冷和液冷。

液冷和风冷的散热效率完全不是一个量极的。首先,导热系数完全不同,冷却液的导热系数是空气的几十倍,这也决定了风冷系统在最大散热能力上是没什么可能匹敌液冷的。在高温下,液冷的车子可以为电池组更快的散热,从而维持合适的温度,有效延长电池寿命。

其次,风冷和液冷的散热效率不同,不仅导致了电池包绝对温度不同,也导致了电池包内部的相对温度——电芯之间的温度差——也不同。

当电池系统中电池单体间出现温度不均衡时,电池的化学反应和自放电反应速率也会出现不均衡,进而导致电池单体间的循环寿命、容量和内阻出现差异。

温差越小,电池整体的一致性越好,寿命也就越长。风冷系统一般可以将电芯温差控制在5-10摄氏度,而液冷系统则可控制在5摄氏度以内,比较出色的设计方案甚至可以将冷却液进水管与回水管的温差控制在2摄氏度以内。

低温对电池的影响

低温同样对电池也有很大影响,大家最直观的感受可能就是冬季电车续航里程下降,这是因为低温会使电池内部活性物质的活性降低,内阻、极化电压增加,导致电池充放电功率和容量都会显著降低,甚至引起电池容量不可逆的衰减。

另外,如果低温时进行大功率充电,会使得锂离子来不及进入负极形成LiC化合物,此时靠近负极的锂离子就会俘获电子而成为金属锂,并聚集形成锂枝晶,锂枝晶长大就有可能现存隔膜形成短路、起火、爆炸……恐怖吗?

液冷VS风冷:加热

低温不仅仅会导致电池无法充电,更容易造成电池损坏。因此电动汽车在冬季需要考虑到电池加热的问题。

风冷系统,有一个致命的弱点,它需要额外的加热系统来解决冬季低温问题。通常的解决方案是增加PTC、电加热膜等加热组件来为电池组升温。这两种方案的升温速率通常不超过0.3摄氏度每分钟,电芯之间的温差可以控制在8-10摄氏度。

而液冷方案不仅可以实现高温下的散热,还可以接入车载暖气系统,实现在冬季低温时为电池组加热。其升温速率可以做到0.6摄氏度每分钟,升温更快的同时电池内部温差可以控制在5摄氏度以内,出色的厂家更是可以做到2摄氏度之内。

更低的温差意味着更高的安全。举个极端的例子,如果电池包内的传感器采集到温度较高的那一颗电芯温度为0度,系统判断升温已经完成,便开始下达大功率充电的指令,可实际上有的电芯温度可能依然为零下10摄氏度,低温下开启大功率充电会使风险放大——短路、爆炸的风险增加。

夏季的时候也是如此,如果传感器检测到了温度较低的电芯温度是30度,判断工作温度正常,不采取保护措施,可实际上有的电芯温度已经达到了40摄氏度,久而久之电芯寿命会受影响,从而引起整个电池包提前报废。

液冷那么好,为何有的厂家执意不用?

这要从续航和能量密度说起。车子常温下的NEDC续航里程和电池能量密度是和国家补贴金额密切相关的。

首先,NEDC测试续航里程都是在常温下进行的,不包括极寒和极热的情况,因此液冷系统并不能提升NEDC续航测试成绩。

其次,电池能量密度的单位是Wh/kg:同样重量的电池包,能量越多,能量密度就越高;或者说同样能量的电池包,重量越轻,能量密度就越大。而液冷系统并没有增加电池的能量,反倒是使电池包的重量增加——这降低了电池包的能量密度,在某些场景下这意味着补贴减少。对于某些厂家来说,这等吃力不讨好的事,怎么能去做?

2019年新政的补贴金额虽然降了,但是能量密度的最高要求与去年持平,依然为160Wh/kg。于是,有企业默默地在新款车型上加了液冷系统,这近一步说明了,厂家也知道液冷更好——其实他们比谁都更明白这一点。

作为消费者,我们要做的是,擦亮双眼,拒绝忽悠,拒绝套路~

(文/李佳晋)