林唯耕教授詳解：電動車的四種熱管理方案

目前的電動車熱管理方案大致分成四種：氣冷、液冷、直冷、相變化材料冷卻。

1. 氣冷(Air cooling)

氣冷是以低溫空氣為介質，利用熱對流降低電池溫度的一種散熱方式，分為自然對流和強制對流。該技術利用自然的氣流或風扇，配合汽車自帶的蒸發器為電池降溫，系統結構簡單、便於維護，在早期的電動車應用廣泛，如Nissan Leaf、Soul EV等，在目前的電動巴士、電動物流車中也被廣泛採納

2. 液冷(liquid cooling)

液冷是透過冷卻液間接與電池作熱交換，將電池產生的熱量帶走來降低電池溫度，選擇的液體(目前主流為乙二醇)熱傳導係數大、比熱大，對降低最高溫度、提升電池包均溫性的效果顯著，同時熱管理系統的體積也相對較小。液冷系統形式較為靈活，可將電池單體或模塊沉浸在液體中、也可在電池模塊間設置冷卻通道，或在電池底部採用水冷板。電池與液體直接接觸時，液體必須保證絕緣(如礦物油)避免短路，同時，液冷系統的氣密性要求也較高。此外，就是機械強度、耐振動性、以及壽命要求。液冷是目前許多電動乘用車的優選方案，典型產品如BMW i3、Tesla、Chevrolet Volt。

3. 直冷(direct cooling)

直冷是利用冷媒(R134等)蒸發潛熱的原理，在整車或電池系統中建立空調系統，並將蒸發器安裝在電池系統中，冷媒在蒸發器中蒸發並快速且高效地將電池系統的熱量帶走，完成對電池系統的熱管理作業；目前在電動車上通過直冷的熱管理方案最典型的是BMW i3(i3有液冷、直冷兩種冷卻方案)。

4. 相變化材料(PCM - Phase Change Material)冷卻

相變化材料是指隨溫度變化而改變物理性質並能提供潛熱的物質、轉變物理性質的過程稱為相變過程，這時相變材料將吸收或釋放大量的潛熱。以固-液相變化為例，在加熱到熔化溫度時，就產生從固態到液態的相變，融化的過程中，相變材料吸收並儲存大量的潛熱，若應用在電池包可使內的溫度大幅下降。常見的相變化材料有：石蠟類、高級脂肪酸類、聚烯烴、醇類…等。目前Gogoro便是將石蠟應用在自家電動機車的電池包吸熱與均溫。

文章編輯 高柏科技團隊

 

作者

林唯耕教授

學歷 | 美國馬里蘭大學博士

現職 | 國立清華大學，工程與系統科學系，兼任教授

專長 | 電子構裝散熱、熱管、環路式熱管(CPL，LHP，PHP)、節能設計、太陽能儲熱與冷卻、熱流系統、電子元件之冷卻、雙相流、人造衛星暨高空飛行物之熱傳元件