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新型冷卻液提升電動車熱管理

SAE International ? 來源:SAE International ? 2025-01-06 14:46 ? 次閱讀

下一代電動車冷卻液在滿足新的電動車安全法規要求的同時,兼具低電導率、耐腐蝕性和優異的熱傳遞性能。

與內燃機相比,電動車推進系統的熱管理似乎更為簡單。畢竟內燃機的工作溫度要高得多——汽油發動機的最佳工作溫度大約在100°C左右。相比之下,電動車電池在充放電循環過程中產生的熱量相對較少,通常維持在15-30°C左右。此外,雖然電機電力電子元件的工作溫度較高,通常為60-80°C,但仍低于內燃機。

盡管如此,電動車的熱管理仍然需要解決許多復雜問題,例如,電池對極限溫度的耐受程度、新型電池材料體系的開發,以及高壓電氣架構和800V快充產生的高熱問題等。這些原因都導致電動車行業越來越重視電池熱管理的穩定性和安全性。專家指出,電池材料體系、硬件和冷卻液之間的兼容性是實現平衡系統解決方案的關鍵。

Prestone電動車技術總監Tom Corrigan博士指出,“直到近期,電動車冷卻液才開始受到重視。”他牽頭的科學家和工程師團隊負責研發面向OEM和終端客戶的下一代冷卻液。Corrigan指出,下一代冷卻液不僅需要能夠實現高效熱傳遞,還要與其接觸的每個組件和材料(如聚合物密封件)兼容,同時具備與傳統內燃機防凍劑相同的防腐蝕性能。最重要的是,它必須能有效遏制熱失控等極端故障蔓延至整個電池組。

Corrigan斷言,“冷卻液可能與高壓電氣元件直接接觸,因此必須具備低電導率。”1低電導率冷卻液成為主流

Corrigan指出,早在冷卻液供應商還沒來得及開發出專門的電動車熱管理產品之前,第一批電動車的普及就推動了市場的形成。因此,如今上路的大多數電動車使用的都是燃油車冷卻液。他指出,“Prestone與多家OEM建立了長期合作伙伴關系,因此他們在開始生產電動車時,就可以直接使用具備值得信賴的防腐蝕性能的冷卻液。”

Corrigan注意到,電動車安全問題極大地推動了行業思維方式的轉變。目前業界采用的電機冷卻策略主要分為兩種:直接冷卻和間接冷卻。間接冷卻使用的是由水、乙二醇、防腐劑組成的冷卻液,與電池冷卻液相同,而電機外殼則充當冷卻套,冷卻液流經其中并間接帶走熱量。Corrigan指出,“然而現有冷卻液添加劑的問題在于,各廠商的緩蝕劑混合物都沿用了內燃機冷卻液常用的離子緩蝕劑。”離子緩蝕劑含有硅酸鹽、有機酸和磷酸鹽,這些都會增加電導率。

他指出,“這種高電導率冷卻液一旦接觸到高壓電子元件(400V或800V系統),就會引發劇烈的災難性反應”。他援引研究結果表示,鋰離子電池浸入傳統內燃機冷卻液中會產生大量熱量。“這些熱量很有可能導致冷卻液沸騰,從而導致電池熱失控并引發火災。”

Corrigan表示,考慮到這些風險以及散熱性能需求的提升,五成以上電動車制造商轉而采用直接冷卻策略。這一策略采用電導率極低甚至為零(具體視配方而定)的油基“介電”冷卻液,冷卻液直接流經電機線圈進行冷卻。此外,介電冷卻液還會進入電池熱管理系統進行冷卻;直接冷卻也稱為浸沒式冷卻,因為電池被直接浸沒在介電冷卻液中。

Corrigan表示,“如果你采用我們正在研發的低電導率冷卻液,就可以緩解這些問題。我們的配方團隊面臨的挑戰是必須在維持低電導率的同時確保防腐蝕性能,目的是為了減少材料沉積、熱傳遞中斷,以及最糟糕的情況——大量材料沉積導致冷卻液泄漏至其他不應接觸冷卻液的區域。

Prestone的研發團隊已開發出新型性能添加劑配方,以增強冷卻液本身的散熱性能,從而提高組件之間的熱交換效率。Corrigan聲稱,該配方有助于提升任何電池材料體系的性能,而且可能有助于解決鎳鈷錳(NMC)和磷酸鐵鋰(LFP)電池材料體系之間的安全性差異。他表示,預計OEM將于“未來幾年”內采用新型電動車電池冷卻液。2中國新法規

將來電動車車主是否需要自行維護或更換冷卻液?目前大多數電動車使用的冷卻液都可以“終身使用”,無需更換。Corrigan指出,“即使我們使用低電導率冷卻液,其電導率也會隨時間推移而逐漸增加。隨著冷卻液的逐漸降解,它會吸收系統中的雜質并形成離子,從而導致電導率增加。當電導率達到300μS/cm(即每厘米微西門子,衡量電導率的單位)時,就會出現安全問題。此時建議更換冷卻液。”

不僅如此,監管壓力也正在逼近。中國政府已經起草了一項針對電動車冷卻液的法規(GB 29743.2),旨在降低冷卻液電導率以減少電池火災。SAE電池標準指導委員會主席Brian Engle表示,預計該法規將于2026年7月生效,屆時所有在華銷售車輛都必須符合該法規要求。

Engle解釋道,“該法規規定,新型冷卻液電導率不得高于100μS/cm,即使考慮老化效應,其電導率也不得高于300μS/cm。這就要求未來電動車冷卻液設定明確的使用壽命,而非無限期使用。這一要求將改變冷卻液的配方。”

Prestone公司的Corrigan表示,“中國國標規定的100μS/cm閾值是一個安全閾值,在冷卻液與高壓電子元件意外接觸時,100μS/cm的電導率可提供一定的安全性,但這也帶來了挑戰。因為冷卻液的電導率主要來自防腐蝕添加劑,雖然去除這些添加劑可以降低電導率,但同時也犧牲了防腐蝕性能。目前我們的研發團隊已經進行了大量技術開發工作,以確保我們的冷卻劑在滿足中國國標的防腐要求的同時保持低電導率。作為參考,Prestone冷卻液的電導率約為75 μS/cm。”

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原文標題:新型冷卻液提升電動車熱管理

文章出處:【微信號:SAEINTL,微信公眾號:SAE International】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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