降低电池热管理成本的趋势

7月6日，上海捷能汽车科技有限公司电池热管理主任陈雅琪在盖世汽车主办的2023新能源汽车热管理论坛上认为，电池内部件的功能集成和水平扁平化已成为一种趋势，电池部件与整车其他部件的功能集成已成为当前的趋势。在热传播的抑制设计中，热安全还侧重于功能的集成（如散热替代隔热、排气空间与底部保护间隙的重用、壳体高强度结构件与电池直接喷涂防火要求的匹配等）；在电力安全连锁恶化预防方面，应经历潜在的故障风险，识别高温绝缘增强或隔离的局部绝缘风险靶向范围，有效控制成本。

陈雅琪|上海捷能汽车科技有限公司电池热管理主任

以下是演讲内容的整理:

降低电池热管理成本的趋势

早期电池热管理相对简单，最初只有冷却，从功能到电池加热、电热安全保护设计，从设计重点，从零件极限性能、可靠性到低成本，使用策略可以发挥电池功率性能，在不同场景需求下的潜在价值。

从下图中的热控部件来看，冷板和导热胶是主要成本较高的部件。在降低成本方面，冷板最基本的操作是减少材料，如钎焊板逐渐减少到1mm以内。在此过程中，设计越薄，结构强度越低。因此，在减少电池冷板材料厚度的同时，需要适当提高冷板材料的性能，或调整系统结构力学的功能分配，以确保在不引入其他问题的情况下降低成本。

图片来源：演讲嘉宾材料

电动车一开始产量小，所以导热垫和导热垫一般都比较厚。后续使用的导热胶可以填充电池和冷板之间的间隙。一般来说，胶层厚度约为1.5mm。考虑到电池换热面积一般为1~2平方米，单包数量实际上很大，成本相对较高。在降低成本的驱动下，上汽去年投产的第二代电动平台电池导热胶层厚度明显下降，基本达到1mm，并将继续下降。为了进一步降低胶层厚度，工艺主要注重导热胶粘接路径和结构支撑的改进，材料主要注重粘度。

在最近投产的项目中，由于系统集成度高，将水管的快插接头简化为尺寸较小的非标定制件。在新电池平台中，该零件被广泛用作标准零件，以降低其单件成本。另一个成本较高的部件是快速更换接头。我们自制的优势是避免市场上的独家供应。例如，只有一个单一的供应成本可能无法实现目标。在自制设计中，为了为进一步降低成本预留更有利的空间，设计避免了界面尺寸过多（仅限于公共和母亲的相互配置尺寸，而不限于阀芯直径、阀腔内径等自密封结构），便于实现不同设计的交换和标准化应用（更好地纳入更换标准），为差异化平台的共用界面提供便利。

然而，目前主要降低成本的总体趋势是不同功能部件的集成，如麒麟电池，它们集成了冷板和电池膨胀空间的吸收功能。

目前，我们也在研究冷板与导热胶的功能集成。在外部融合方面，更多的是与外部空调系统的融合。，例如，电池Chiller换热器可以与冷板集成，二合一成为电池直板。电池加热的功能，目前的趋势是去物化，如特斯拉兼职电池加热成本趋势有以下三个方向：一是电池加热与空调加热的集成，如热泵加热或PTC的集成；二是电池加热与电动驱动效率的集成；三是电池加热 结合电池热效率，即脉冲加热。

降本试验的安全性能

还需要降低电池热安全防护设计的成本。在2017-2018年之间，我们主要关注国家标准要求。由于项目实施速度快，所有当时已批量生产和即将批量生产的项目将在一年内进行改造。在快节奏下，当时明火主要是通过试错来实现的。本阶段结束后，总结了一套防火套装，包括电池箱内的防火层、电池之间的隔热、排气阀出口的火星灭火和排气阀出口的车辆阻燃，完全符合国家标准的要求，并经过充分的试验和验证。

图片来源：演讲嘉宾材料

上汽启动第二代电池平台设计后，要求升至零自燃，单包相关部件成本降低50%以上。目前，该电动平台的车型主要销售欧洲MG4，因为在欧洲熟悉的品牌车型中，MG4价格便宜，动力性能更好。

降低成本的主要途径是定量控制设计冗余，因此与热失控保护相关的正计算分析已成为必要的工作内容。自2018年以来，我们在热传播模拟能力建设方面做了很多工作。例如，设计了一些专门测试电池级别热安全属性的设备。只有获得了大量的基础数据，才能模拟。然而，现在没有必要自己进行这些属性测试，因为经过近年来的积累，许多测试机构也可以提供相应的测试服务。

基于模拟，可以计算保温的最低要求，避免过多的冗余材料；还可以计算应急冷却的需求，努力满足各种场景下应急功能的需求。近年来，我们将业务扩展到电气安全领域，因为热安全和电气安全有时会相互影响。例如，如果一个系统没有电气安全问题，只有单个电池热失控，它可能不会着火。

但是，如果电气安全做得不好，可能会出现局部绝缘故障，导致高压电弧拉伸问题，最终导致热积累和火灾。考虑到电池内过电流的各种部件，高温绝缘成本较高。因此，有必要经历所有潜在的故障风险，识别局部绝缘风险，在靶向范围内增强或隔离高温绝缘，有效控制成本。

在战略设计下，降本方案

为了提高一辆车的可用电量，首先要通过架构设计来提高空间集成度，比如CTP、CTB、CTC这些措施。但是，这些工作需要在项目的早期阶段做好，比如项目刚开始的时候。如果项目进行到一半，还想提高能量怎么办？在这个时候，我们需要更加关注软件层面，从电池本身的能力和系统价值平衡来挖掘。基于高温和低温的场景，里程基本上可以提高2%-7%。例如，在最近的高温情况下，在不同的电池冷却策略下，纯电里程不同；如果在高温下降低电池的冷却需求可以提高当前的电池寿命，但也会导致电池寿命的提前衰减，即SOH下降更快。

通过建立模型和计算，如果考虑到SOH下降的高温车辆寿命仍然较高，则有利于南方市场战略的变化。在低温耐久性方面，更注重如何保持电池在合理的温度范围内，避免电池底部电量过冷。若要进行电池加热，应注意避免加热过多或过少。因此，对建模精度要求较高，一般情况下，电池加热合理，低温电池寿命可提高2%-3%。

众所周知，在战略优化方面，也可以进行细化和深入挖掘，但仍然很难在短时间内完成所有优化。但如果有足够准确的计算模型，可以通过虚拟仿真快速迭代。例如，应优化高温和低温场景，优化不同工况下的水流，以及电池加热/冷却的启停阈值。如果通过实验进行，一方面，试验干扰可能大于优化，结果不能直接使用；其次，寻找最佳策略的DOE测试矩阵将带来大量的测试需求，人力物力成本较高。如果你想做两个或两个以上的策略优化，最好建立一个模拟模型。虽然建模的早期阶段看起来很长，但当优化需求稍微多一点时，模拟周期仍然比实验更短。毕竟，建模的早期投资将走向边际效应。

(以上内容来自上海捷能汽车科技有限公司电池热管理主任陈亚琪于2023年7月6日在盖世汽车主办的2023年新能源汽车热管理论坛上发表的《热管理精细化设计》主题演讲。)