动力电池热管理系统技术系列（三）— 直冷技术

直冷是制冷剂（如R134a等）通过冷板直接带走电池包的热量进而冷却电池的一种技术。为充分理解直冷技术，需要先了解汽车空调的工作原理。

图1 传统汽车空调系统示意图
如图1，对传统汽车空调系统，其工作过程主要分为压缩、冷凝、节流和蒸发四个过程。

1. 压缩过程中，压缩机吸气口从蒸发器出口吸入低温低压的制冷剂气体（目前汽车空调常用制冷剂为 R134a），经过压缩机做功压缩的制冷剂气体会变成高温高压气体，这个过程中压缩机做功。

2. 然后高温高压的制冷剂流入冷凝器，制冷剂在冷凝器中发生换热，被冷却成高压常温的制冷剂液体，这个过程被称为冷凝过程，也叫放热过程。
3. 接着高压常温制冷剂液体进入节流机构（常见的节流机构为膨胀阀），在节流机构中制冷剂降压成为低温低压的制冷剂，这个过程通常称为节流过程。
4. 最后从节流机构流出的低温低压的液态制冷剂进入蒸发器，在蒸发器中发生换热，由液态转换为气态，因此这个过程通常被称为蒸发过程，也叫吸热过程。从蒸发器出口出来的制冷剂气体重新被压缩机吸入，开始下一个制冷循环。

在蒸发器中，制冷剂由液态转变成气态是一个相变过程，因此制冷剂在蒸发器发生的流动换热中是两相流动传热。直冷系统冷板本质上是一个蒸发器，因此制冷剂在冷板中发生相变换热。

目前直冷的冷却方式基本在电动乘用车上，可能为下一代冷却技术的发展方向，最典型的如BMW i3。



图2 宝马i3冷却系统结构

直冷技术的优点在于：(a)冷却效率比液冷高出3~4倍；(b)更能满足快充需求；(c)结构紧凑；(d)潜在地降低了成本；(e)避免了乙二醇溶液在电池箱体内部流动。但是一些缺点也限制了其在车辆上的广泛应用，如系统的耐高压性和密封性要求会比水路高很多高，直冷系统冷却温差大，且不易与加热系统耦合。