201
9.3 Vol.43 No.3
研 究 与 设 计
收稿
日期：2018-08-28
作者简介：黄馗 (1993—)，男，江苏省人，硕士，主要研究方向为车
用动力电池的热管理。
41
5
动力电池组液 冷散热系统
黄 馗，王
文
(上海交通大学 制冷与低温工程研究所，上海 200240)
摘要：设计一种车用 动力电 池组的 液冷系统，系统由 R134a 蒸汽压缩制冷回路和乙二醇水溶液循环回路两部分组 成。其
中制冷剂回路和冷却液回路在板式蒸发器 处耦合，冷却液通过布置于电池组两侧的冷板对电池冷却。建立一维稳态制
冷回路、冷却液回路 和电池 组的仿真模型，并开展相关温控实验。结果表明电池组最高温度受放电电流影响。在 1
C
及
以下倍率工作时，
液冷系统能稳定控制电池组处在适宜的工作温度范围 内且温度均衡。
关键词：液冷；动力电池；冷板；仿真
中图分类号：TM 912 文献标识码：A 文章编号：1002-087 X(2019)03-0415-05
Heat
transfer characteristics of power battery liquid cooling system
HU
ANG Kui, WANG Wen
(The Institute of Refrigeration and Cryogenics (IRC), Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)
Abstract:
This paper focused on the characteristics of the liquid cooling system for electric vehicle batteries. The
battery liquid cooling system consists of a vapor compression system using R134a as working fluid and a coolant
cycle using the mixture of water and ethylene glycol as working fluid. The refrigerant cycle connects with coolant
cycle via a plate heat exchanger functioned as evaporator. The battery pack is cooled by coolant via cooling plates
on the both sides of the pack. This paper established a 1D steady simulation model and validation experiment for the
vapor compression system, which combining with coolant cycle. The result shows that the highest temperature of
batteries is mainly influenced by the current. Liquid cooling system is able to maintain the temperature of the batteries
within appropriate scale.
Key words: liquid cooling;power battery; cooling plate; simulation
近些年来，随着新能源汽车的高速发展，锂离子电池作为
主要动力源被广泛使用。动力电池在 运行过程中需要面对复
杂的使用环境，电池热管理系 统是保证其长期稳定工作的基
础。温度是影响锂离子电池能否正常工作的主要因素之一，电
池热管理系统需要将电池模组的最高 温度和最大温差控制在
合适范围内。目前散热技术主要有空冷
[1
]
、液冷
[2
]
、相变材
料
[3
]
和
其组合形式
[4
]
。液冷分为直接和
间接接触式两种，具 有高效和
稳定的散热效果。直接接触式是将电池浸泡在具有良好绝缘
性的冷却液中进行冷却
[
5
]
；间接接触式是
通过换热结构与电池
接触，利用流动的冷却工质将热量 带走。冷却 工质主要有冷 却
液和制冷剂两种。冷却液为载冷剂，通过显热散热。邓元望
等
[
2
]
通过对冷板的三维仿真，
可
以将电池组(5 个 10 Ah 单体电
池串联)的最高温度控制在 34.52 !，最大温差控制在 4.98 "
以下；制冷剂通过潜热散热，有压缩制冷循环和热管两种方
式，采用热管阵列对圆柱形锂离子电池组 (14 个 6.5 Ah 电池单
体串联)进行冷却，能够将最高温度控制在 35.97 #以下
[6
]
。
由于直接接触式为浸泡式，
非常不利于后期的维护，所以
目前研究和使用较多的是带有压缩制冷系统的间接接触式。
邓元望等
[
2
]
通过三维仿真将冷板的布置方式由整体布置优化
为
分片式布置，即将水冷板布置在单体电池之间，但是在模型
中对电池的冷却边界采用的是直接赋值的方式，本文为了更
加完整地建立液冷系统模型，直接从制冷系统开始建模从而
获得电池的冷却边界条件，此外，其采用的稳态分析方法由于
电池包热容较大，绝大多数工况下电池的温度都无法达到稳
态，容易导致制冷量设计偏大，所以本文采用非稳态方法分析
电池的温度特性，不会出现制冷量 设计过量的问题。
本文旨在讨论液体冷却系统在动力电池应用性能，以及
同一液冷系统下，不同工作电流、不同导热特性的电池组的非
稳态温度特性，采用先对压缩制冷系统进行一维稳态仿真和
实验验证，随 后将其 作为电 池组散热的边界条件，结合电池组
的生热特性和导热特性，对电池组的传热特性进行一维非稳
态模拟的方法进行研究。
1 液冷系
统组成及建模
针对某新型电动大巴的动力电
池组设计一种独立液冷系
统，如图 1 所示。该系统由两个循环回路组成：制冷剂回路和
冷却液回路，制冷剂选用 R134a，冷却液选用 50%乙二醇水溶
液。考虑到电动大巴动力电池组高发热量的特点和厂家对成
本的控制需求，制冷系统选用 微通道扁管百叶窗翅片的冷凝
ChaoXing
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