目前動力電池系統(tǒng)的熱管理主要可分為四類，自然冷卻、風(fēng)冷、液冷、直冷。其中自然冷卻是被動式的熱管理方式，而風(fēng)冷、液冷、直冷是主動式的，這三者的主要區(qū)別在于換熱介質(zhì)的不同。本文主要討論直冷方案與業(yè)界使用*多的液冷方式的優(yōu)缺點。

1直冷的優(yōu)點

性能與COP

由于直冷系統(tǒng)可以減少一次換熱過程，減少一次換熱熱阻，降低換熱溫差，傳熱性能好。而且制冷劑在電池冷板內(nèi)沸騰化熱，換熱能力顯著增強。

同時由于換熱溫差減少，對應(yīng)的冷板蒸發(fā)溫度可以上升，對應(yīng)吸氣壓力可以提升，壓比將減小，從壓焓圖上看COP從原有的(h2'-h1')/(h1'-h5)到(h2-h1)/(h1-h5)，從下圖可以直觀看到系統(tǒng)的COP得到提升。感興趣的讀者可以做一些仿真就知道具體的差異。

原有的系統(tǒng)需要Chiller，再連水泵水管到水冷板。現(xiàn)在相當(dāng)于可以把電池回路的水系統(tǒng)徹底取消，把Chiller原有的制冷劑部分做成一個大板放到電池里，從原理圖上看是減少了器件，到控制控制層面則減少了水泵這樣一個可控部件。從布局空間上，也節(jié)省了Chiller、水路、水泵等部件占用的空間。

2直冷的缺點

耐壓與密封問題

制冷劑系統(tǒng)蒸發(fā)壓力一般能夠達到3-4個大氣壓，三個大氣壓是什么概念呢，作者特意找了一下花了兩千大洋買的菲仕樂的高壓鍋，*大耐壓150kPa，也就是1.5個大氣壓。想想高壓鍋得用多厚的鋼材才能保證不會炸開就知道冷板這玩意面臨多少工程挑戰(zhàn)，系統(tǒng)的耐高壓性和密封性要求會比水路高很多高。相比而言液冷冷板工作壓壓力大概*多也就1.3個大氣壓以內(nèi)。（當(dāng)然壓強與力沒法直接類比，但這樣會比較直觀。再次聲明作者**不是為了推銷這口鍋）

基于四川大學(xué)原子與分子物理研究所《氣體介質(zhì)、壓強及校準(zhǔn)方法對真空漏孔漏率的影響》一文，泄漏率與氣壓的平方及粘度系數(shù)成正比，另外基于阿伏加德羅定律可知與物質(zhì)的摩爾質(zhì)量成反比，因此制冷劑冷板泄漏要**水冷板的幾百倍提升。（有興趣的朋友可以去研究制冷劑年泄漏量如何轉(zhuǎn)化為氦氣漏率，*終以氦檢泄漏量為基準(zhǔn)對比兩者要求）

溫度均勻性

做過蒸發(fā)器的朋友都知道，通常我們會有一個蒸發(fā)器表面溫度均勻性的要求，這是因為制冷劑分布不均會導(dǎo)致表面溫差很大。同理直冷板也是一個蒸發(fā)器，也要考慮此問題。

對于電池包來說，不光要保證電芯工作在合理溫度下，同時一般還要控制不同的模組之間的溫差不超過特定的值。可以看到刀片電池里面很多個模組，那么就需要盡可能保證電池冷板本身的溫度相對均勻，或者至少溫度是可控的，這也正就是直冷冷板需要解決的問題。

從吉林大學(xué)鮑文迪《直冷式動力電池?zé)峁芾硇阅芊治觥芬晃目梢哉业街崩淅浒宓?大溫差接近20度，這對電池的均溫影響會非常大，電池一般要求電芯溫差不超過5℃。而對于水冷板來說，假設(shè)換熱5kw，20L水流量，入水與出水的溫差也就幾度，這樣對于電池均溫的設(shè)計要求就會友好很多。

熱泵模式受限

如果直熱的話，通常壓縮機出口排氣壓力將高達60℃以上，冷凝溫度也將高于四五十度，高于電池適溫區(qū)間。

另外，由于目前R134a制冷劑系統(tǒng)，制熱的極限基本上都是環(huán)溫零下十多度的場景，當(dāng)溫度再低的時候熱泵就無法工作，無法給電池再進行加熱，這就要求電池再額外配電加熱，這樣系統(tǒng)的成本就不一定占優(yōu)。

系統(tǒng)回油問題

電池直冷技術(shù)電池冷板是并聯(lián)在制冷劑系統(tǒng)中，而且冷板面積非常大流程長，由此將引發(fā)壓縮機潤滑油回油問題，特定情況下制冷劑油將積在冷板內(nèi)，造成壓縮機缺油失效。

總體來說，由于直冷板涉及兩相流，無論是理論還是控制難度、以及部件成本各方面而言，對比液冷來說都不占優(yōu)，這也就是為什么當(dāng)前市場主流都是采用液冷方案。

但直冷仍然很可能具有廣泛的應(yīng)用前景，尤其當(dāng)電池能量密度、快充速率要求越來越高之后，電池直冷方案具有體積重量的優(yōu)勢以及其制冷速度、性能的優(yōu)勢，將可能應(yīng)用在更多車型。