【導(dǎo)讀】傳統(tǒng)車(chē)輛以內(nèi)燃機(jī)為基礎(chǔ)，靠消耗燃油驅(qū)動(dòng)行駛。因此進(jìn)口石油在國(guó)家經(jīng)濟(jì)中占了很大比重。相比之下，以電力為能源的電動(dòng)汽車(chē)不僅能支持經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還能保障國(guó)家的能源安全。隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及，了解電動(dòng)汽車(chē)的功能，尤其是了解電池系統(tǒng)的工作原理十分重要。
本文要點(diǎn)：
●現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)中最常見(jiàn)的兩種電池是鋰離子電池和鋰聚合物電池。
●過(guò)熱是加速電池老化的罪魁禍?zhǔn)字弧?/p>
●電動(dòng)汽車(chē)的電池冷卻系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)電池組的溫度。
1. 傳統(tǒng)車(chē)輛與電動(dòng)汽車(chē)
傳統(tǒng)車(chē)輛以內(nèi)燃機(jī)為基礎(chǔ)，靠消耗燃油驅(qū)動(dòng)行駛。因此進(jìn)口石油在國(guó)家經(jīng)濟(jì)中占了很大比重。相比之下，以電力為能源的電動(dòng)汽車(chē)不僅能支持經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還能保障國(guó)家的能源安全。隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及，了解電動(dòng)汽車(chē)的功能，尤其是了解電池系統(tǒng)的工作原理十分重要。
電動(dòng)汽車(chē)的行駛依賴(lài)可充電的電池。在為電動(dòng)機(jī)提供電力的同時(shí)，電池會(huì)發(fā)熱，需要通過(guò)熱管理系統(tǒng)進(jìn)行散熱。電動(dòng)汽車(chē)的電池冷卻系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)電池和其他電子系統(tǒng)的溫度。那么，電動(dòng)汽車(chē)的工作原理是什么？電池的冷卻方式有哪些？
2. 電動(dòng)汽車(chē)的工作原理
電動(dòng)汽車(chē)是未來(lái)的出行方式。與傳統(tǒng)汽車(chē)相比，電動(dòng)汽車(chē)的駕駛體驗(yàn)更好，具有出色的扭矩、功率、速度和加速性能。除此之外，電動(dòng)汽車(chē)還有其他優(yōu)勢(shì)，如零油耗、環(huán)保、維護(hù)需求小、高效和可靠性強(qiáng)。
這些優(yōu)勢(shì)得益于其工作原理：電能轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。這需要電池、充電器和電機(jī)的彼此配合：可充電電池為電動(dòng)汽車(chē)提供電能，然后電機(jī)根據(jù)需要轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)力。電池的電量用盡后，電動(dòng)汽車(chē)就會(huì)寸步難行。為了確保電動(dòng)汽車(chē)的可靠行駛，電池非常關(guān)鍵。那么，常見(jiàn)的電池類(lèi)型有哪幾種？
3. 常見(jiàn)的電動(dòng)汽車(chē)電池類(lèi)型
電動(dòng)汽車(chē)依賴(lài)各種類(lèi)型的可充電電池。鋰離子電池和鋰聚合物電池是現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)中最常見(jiàn)的兩種。相比于自身的重量，二者的能源密度很高。除此之外，鎳氫電池也用于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)，鉛酸電池則用于電動(dòng)汽車(chē)的輔助供電。
4. 電池溫度過(guò)熱的不利影響
過(guò)熱是加速電池老化的罪魁禍?zhǔn)字弧０l(fā)熱會(huì)讓電池難以工作，時(shí)間一長(zhǎng)，電池性能會(huì)不斷下降。直流快充不利于電池壽命，因?yàn)榭斐潆娏鲿?huì)導(dǎo)致電池溫度升高。
電池溫度高會(huì)導(dǎo)致電池液蒸發(fā)，損壞電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成不可逆的傷害。在最佳溫度下，放電功率可用性、再生制動(dòng)充電和電池健康都處于最佳狀態(tài)。而隨著溫度升高，電池壽命、電動(dòng)汽車(chē)駕駛性能和經(jīng)濟(jì)性都會(huì)降低。因此，電池冷卻系統(tǒng)在電動(dòng)汽車(chē)中的作用不容小覷。
5. 電動(dòng)汽車(chē)中的電池液冷系統(tǒng)
電池冷卻系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)電池組的溫度，這是因?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)使用含有乙二醇等液體冷卻劑的冷卻回路。其中，電動(dòng)泵會(huì)讓冷卻液在電池內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，散熱器則將熱量釋放到周?chē)h(huán)境中。
電動(dòng)汽車(chē)的電池冷卻系統(tǒng)可分為兩種：被動(dòng)液體冷卻系統(tǒng)和主動(dòng)液體冷卻系統(tǒng)。
被動(dòng)液體冷卻系統(tǒng)
在被動(dòng)液冷系統(tǒng)中，冷卻功率取決于環(huán)境溫度和電池溫度之間的溫差。在散熱器后面連接風(fēng)扇，可以提高冷卻性能。
主動(dòng)液體冷卻系統(tǒng)
當(dāng)環(huán)境溫度高于電池溫度或二者的溫差太小時(shí)，主動(dòng)式液冷系統(tǒng)就會(huì)發(fā)揮作用。主動(dòng)液冷系統(tǒng)由兩個(gè)回路組成。其主回路與被動(dòng)液冷系統(tǒng)類(lèi)似。二級(jí)回路則位于空調(diào)回路中，由兩個(gè)熱交換器組成，分別用作蒸發(fā)器和冷凝器。
要確保電力驅(qū)動(dòng)的可靠性，電動(dòng)汽車(chē)電池冷卻系統(tǒng)的快速反應(yīng)至關(guān)重要。為此，需要對(duì)電池的熱管理系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠的仿真分析，以便在設(shè)計(jì)早期識(shí)別問(wèn)題，減少產(chǎn)品落地時(shí)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
6. 熱管理系統(tǒng)的仿真分析解決方案
隨著電動(dòng)汽車(chē)的行業(yè)發(fā)展進(jìn)入快車(chē)道，新能源汽車(chē)的PCB用量可達(dá)傳統(tǒng)汽車(chē)數(shù)倍，毫無(wú)疑問(wèn)，其電子成本占整車(chē)比重上升。為了更高的性能和能效，產(chǎn)品的功率級(jí)必須能夠管理較大的電流，同時(shí)滿足嚴(yán)格的電能耗散和尺寸要求。
因此，設(shè)計(jì)人員面臨著更加復(fù)雜的電池?zé)峁芾硖魬?zhàn)。但目前，許多熱效應(yīng)分析方式難以準(zhǔn)確、可靠、綜合地仿真其對(duì)電子的影響，例如電流過(guò)于集中等問(wèn)題常被忽視，此時(shí)電熱協(xié)同仿真分析是最佳解決方案。
Cadence Celsius Thermal Solver 是第一種專(zhuān)為電氣與機(jī)械工程師設(shè)計(jì)的熱分析技術(shù)。電氣工程師可以擴(kuò)展電源完整性分析，包括快速、準(zhǔn)確和易于使用的熱仿真；而機(jī)械工程師可以擴(kuò)展現(xiàn)有的熱分析方法，包括因電熱相互作用產(chǎn)生的真實(shí)熱源。
Celsius Thermal Solver 環(huán)境支持各個(gè)方面的熱分析，可以快速準(zhǔn)確地識(shí)別 IC 封裝、PCB 和電子系統(tǒng)中的熱問(wèn)題。它采用創(chuàng)新的大規(guī)模并行求解器技術(shù)，仿真速度比傳統(tǒng)熱仿真器最高可快10 倍，同時(shí)顯著減少內(nèi)存使用。它還整合了有限元分析 (FEA) 和計(jì)算流體力學(xué) (CFD)；利用 FEA 來(lái)處理傳導(dǎo)，利用 CFD 來(lái)處理對(duì)流和氣流。
(本文轉(zhuǎn)載自：Cadence楷登PCB及封裝資源中心微信公眾號(hào))
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