宋楠：獨家解析南京開沃全鋁液態恆溫動力電池熱管理技術

新能源情報分析網獨家解讀，南京開沃原創研發的全鋁合金殼體、帶有液冷高溫散熱和低溫預熱功能的動力電池總成技術。後文簡稱一體化水冷箱（官方標定）

2014年中國新能源技術、整車及全產業鏈發展作爲中國重要國策被確定。至2019年中國新能源整車保有量超過220萬臺，其中電動（插電混動）客車行業的發展突飛猛進。但是，包括公交車和客車在內的電動商用車的動力電池熱管理技術發展，遠遠落後電動乘用車。

2019年1月，在上海公交市場運營的宇通“黑金剛”電動客車的除霜器技術上有瑕疵。甚至上海公交“三車隊”於2019年1月15日發佈通知，讓宇通“黑金剛”駕駛員注意：黑金剛電動車上的除霜器技術上有瑕疵，宇通廠技術人員正在想辦法升級。望各車隊通知駕駛員儘量少用除霜器，一開暖風空調爲主，如定要開時間要短，以防過熱。望各位駕駛員積極配合”。

2017年8月23日，微博用戶@人民發言人上傳了一條視頻，其內容爲：“颱風天鴿，受災情況，珠海電動公交車電路疑似因大雨起火”。

就在2017年3月4日13:41時，上海金橋特斯拉超級充電站，發生了特斯拉Model S型電動汽車燃燒事故。至少2臺在充電站停放的特斯拉Model S型電動汽車自燃。消防隊員使用14組滅火器和消防水帶進行撲救。

從實例分析看，宇通“黑金剛”和珠海銀隆電動客車雖然出現自燃事故根源不同，但都採用沒有適配液態熱管理技術動力電池總成。特斯拉S電動車儘管配置了液冷散熱技術，但是適配超過7000餘節18650型電芯，使得硬件的安全閾值超過極限，最終導致習慣性的起火和爆照。

以上三組案例清晰的表明，未來中國電動汽車（客車）研發和設計，將加重整車和電池的安全設定比例。而對於電動汽車至關重要的動力電池總成的“熱失控”的應對，液冷高溫散熱和低溫預熱功能，將會成爲突破重點。

1、南京開沃系全鋁液冷電池和電驅動模塊：

上圖左側爲一體化水冷箱；上圖右側爲全新的驅動電機模塊（不在本文介紹範圍）。

南京開沃自行研發的一體化水冷箱（22.5度電），採用全鋁合金殼體（含上殼體和下殼體）、內置BMS、磷酸鐵鋰電芯2並18串、能量密度超過145Wh/kg、總成自重0.23噸。

一體化水冷箱，將箱體內部與電芯PACK貼合的冷卻液管路（通過硅脂貼合），轉移至全鋁合金箱體最低端並全方向封閉。電芯PACK間通過導熱層，將熱量傳遞至箱體底部。由於動力電池總成上下蓋都都採用鋁合金箱體，本身形成了一個熱循環（保溫和散熱）導體，在根據搭載車型的不同預設不同的閾值，自動激活低溫預熱或高溫散熱功能。

最終，保證電芯在25-35攝氏度環境下安全使用。最大化的保證動力電池總成實時處於熱控制範圍內。

與目前在售的程勇電動汽車，搭載的半鋁合金外殼體的動力電池總成不同的是。開沃汽車自行研發的一體化水冷箱，採用全鋁合金外殼體。這種成本較高的技術設定，爲其原創研發的與鋁合金外殼一體化的液冷散熱/預熱技術不可分割。

南京開沃一體化水冷箱，上下殼體均爲鋁合金材質，箱體內部全向鋪設保溫材料並具備IP67整體防護能力。最重要的是，這種全鋁合金殼體的設定，成本的提升是必然的，但是相對帶來的物理層面的輕量化和不同使用環境下的防護能力的提升更加顯著！

上圖爲一體化水冷箱前端細節特寫。

綠色剪頭：防爆閥（快速平衡動力電池箱體內外壓力）

白色箭頭：動力電池高壓線纜正負極接頭

黑色箭頭：手動維修開關（高壓斷電）

藍色箭頭：BMS線纜接頭

黃色箭頭：液態冷卻液進出管路接頭

以諾基亞9系列個人通訊終端作爲電芯比對。

綠色剪頭：縱置的電芯PACK（諾基亞9系列個人通訊終端）之間鋪設導熱層

白色箭頭：下降的熱量通過與電芯PACK（諾基亞9系列個人通訊終端）導入鋁合金電池下殼體

黃色箭頭：集聚在鋁合金外殼體下端、兩側及上端的熱量，通過液態循環管路（鋁合金殼體下端內部）帶出，進行低溫預熱或高溫散熱伺服

黃色箭頭：通過加工將一體化工藝，水冷箱底部外殼內鋪設蛇形水道。

在鋁合金箱體底部鋪設的蛇形水道，使得乙二醇冷卻液始終處於全封閉環境下運行。整個電池總成，不再鋪設數量較多的冷卻液管路以及容易出現滲漏的“三通”閥體。從根本上避免冷卻液滲漏導致的安全事故。

而一體化水冷箱的上下殼體都設定爲鋁合金材質，這無形中增加了依靠自身導熱的熱交換效率。間接減低動力電池消耗的電量，提升續航里程。

目前行業內，針對不同種類電芯，不同車廠及動力電池供應商，開發不同動力電池總成熱管理技術。

18650型電芯：

在電池箱體內部，圍繞電芯PACK佈設具備輕微形變的偏型散熱管，覆蓋將約30%圓柱形電芯表面積。各組PACK間的偏型散熱管，通過適配的“三通”管路連接。

軟包電芯：

在電池箱體內部，每組PACK中的軟包電芯間隔散熱板並用硅脂貼合。PACK採用柔性固定方式，以應對軟包電芯正常範圍的形變（膨脹）。或者在軟包電芯PACK的1側或對應2側，貼合冷卻板，板內預留散熱水道。

方形電芯：

在電池箱體內部，方形電芯PACK兩端加裝散熱層，散熱層外鋪設蛇形散熱管路。每組PACK散熱組件由“三通”連接。由於方形電芯外殼多爲鋁材，因此PACK採用不可形變的固定方式，以提高散（預）熱效率。

無論哪種動力電池熱管理技術解決方案，都要引入硅脂或替代物“粘貼”在電芯與散熱基板。這就引發出一個“致命”問題。電芯、電芯PACK以及電池箱體總成，在不遭受外力作用，其壽命租客應對整車行駛16萬公里（8年或16萬公里，爲車廠對電池的質保週期）。但是伺服電芯與散熱基板的導熱硅脂的壽命，隨着使用環境的變化及惡劣，其壽命或在2年-3年。這就需要在電動汽車使用過車中，根據實際需求，對電池總成內部的導熱硅脂進行開箱檢查並重新塗抹。

一旦導熱硅脂失效或效率下降，在一個較寬泛的臨界週期，電芯的散熱和預熱伺服降低，使得動力電池及整車發生 “熱失效”導致的燃燒事故機率提升。

因此，南京開沃研發的一體化水冷箱的技術，就是徹底避免以往散熱基板與電芯PACK連接模式，從而擺脫導熱硅脂與電池總成壽命差，出現的安全隱患。

筆者有話說：

截至目前，中國電動商用車市場發展增速顯著提升，僅次於乘用車（電動）。在商用車領域中涉及公共安全的電動公交車以及旅遊用車，替代傳統動力車型的週期大幅縮短。這就意味着，採用高密度動力電池和電驅動技術爲核心的電動公交車的安全性，將優先保障。

本文開篇提到的，宇通“黑金剛”、珠海銀隆電動客車、特斯拉Model S電動汽車，在使用、停止以及充電環節，出現因設計缺陷、涉水浸泡以及充電環節，導致的燃燒、自燃和爆炸事故，已經典型的成爲行業反面教材。

電動公交車的安全性能的保證，首先以動力電池總成，在複雜工況下主被動安全爲突破。然後輻射至，整車設計、分系統匹配以及不同環境下使用經驗的綜合。然而，這種對核心技術要求高、研發週期長、風險高、成本大的做法，顯然沒有得到包括所謂中國商用車行業領頭羊的認同。

至2020年，新能源車補貼完全退坡時，無論乘用車廠還是商用車廠，只有掌握核心技術，才能在純粹市場牽引環境下，掌握主動權。對安全性有着極度甚至變態需求的商用（公交）車市場，也只有在包括動力電池的“3電”系統及整車製造方面入手，纔可以將安全性、續航里程、充電兼容性、全壽命週期TCO以及運營利潤比，進行更精準的平衡，以此獲得終端客戶的認可與市場的認可。