淺談電動汽車應用中熱管理設計

隨著“碳中和”的號召越來越大，越來越多的汽車行業(yè)轉(zhuǎn)型生產(chǎn)電動汽車以此來解決碳排放問題，冷卻系統(tǒng)成為電動汽車熱管理發(fā)展的重要研究課題?液體冷卻的熱管理性能卓越，可顯著提高能效。得益于這一特點，電動汽車充電站、電動汽車基礎設施等高熱通量電子系統(tǒng)都采用了液體冷卻技術。

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在“為何流體動力學對高性能電子產(chǎn)品的設計至關重要”一文中，CPC熱管理工程經(jīng)理Elizabeth Langer博士認為，基于優(yōu)化性能，增強可持續(xù)性的目標，設計人員必須考慮電動汽車應用中冷卻液的管理與傳統(tǒng)氣流冷卻系統(tǒng)的區(qū)別。

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傳熱系數(shù)(H)：熱力學可滿足電子設計需求

將使用自由對流和強制對流的氣體和液體的相對傳熱系數(shù)進行比較后可知，通過液體散熱比通過氣體散熱更為有效。一般而言，傳熱系數(shù)高表示散熱效果相對較好。如下表所示，從強制空氣冷卻到液體區(qū)域，強制單相和兩相液體冷卻使性能呈指數(shù)級增長。電動汽車充電時熱量變得越來越高后，汽車鋰離子電池的熱管理需求便愈發(fā)重要了。

相對于空氣冷卻，流體的高傳熱效率使得液體冷卻具有明顯的絕對優(yōu)勢。為了使高性能應用能夠獲得這些優(yōu)勢，需要將液體組件與發(fā)熱電子器件集成在一起。 ? 要獲得有效的散熱管理和整個系統(tǒng)的完整性，關鍵是采用整體設計方法。所有冷卻組件（快速插拔接頭、管道、冷板、泵等）必須滿足并支持應用要求。理想的直接冷卻回路在其應用周期內(nèi)有效地平衡功耗的同時還提供了優(yōu)秀的熱管理性能。

流量系數(shù) (Cv)：如何比較連接器性能

流量系數(shù)衡量液體在系統(tǒng)中流動的相對效率，在評估整體系統(tǒng)流動要求時，是比較單個連接器備選方案的重要工具。Cv是給定流體的體積流率。例如，CPC Everis LQ2系列連接器的Cv為0.37，這意味著0.37加侖的水通過每個1/8英寸流量Everis LQ2連接器將導致1 psi的系統(tǒng)壓降。

根據(jù)所使用的冷卻流體和系統(tǒng)工作溫度，給定快速插拔接頭的Cv值會有很大不同。通常，會使用4℃至38℃溫度范圍內(nèi)的純水對公布的Cv值進行標準化。然而，可提供性能優(yōu)勢的替代冷卻劑或制冷劑可能具有與水明顯不同的物理和熱特性。因此，基于所選冷卻流體的流量系數(shù)以及系統(tǒng)環(huán)境條件，指定的最理想連接器（及其相關內(nèi)徑）會有所不同。這是尤為重要的考慮事項，可以避免尺寸調(diào)整錯誤。

高效的連接器可以助力熱管理:? ? ??

增加流體在系統(tǒng)中能夠循環(huán)的流體量和流速，促進熱傳遞

適配的制冷劑比重便于熱量傳導

在較小的空間內(nèi)實現(xiàn)高 Cv

便于安裝與維護，避免冷卻液溢漏

為了幫助電動汽車行業(yè)更高效地進行液體冷卻熱管理設計，Elizabeth Langer博士整理了流體動力學可借鑒經(jīng)驗要點、需要注意的各類影響因素，其中包括：

在規(guī)劃流體通路的連接時，體積流率對設計有什么影響？

冷卻劑比重的選擇上，有哪些重點考慮事項？

對物理空間等環(huán)境有嚴格要求時，如何選擇連接器以便更便捷操作？

連接器的接頭配置如何選擇才能減少流體抗阻？

審核編輯：黃飛