【導讀】傳統車輛以內燃機為基礎，靠消耗燃油驅動行駛。因此進口石油在國家經濟中占了很大比重。相比之下，以電力為能源的電動汽車不僅能支持經濟發展，還能保障國家的能源安全。隨著電動汽車的普及，了解電動汽車的功能，尤其是了解電池系統的工作原理十分重要。
本文要點：
●現代電動汽車中最常見的兩種電池是鋰離子電池和鋰聚合物電池。
●過熱是加速電池老化的罪魁禍首之一。
●電動汽車的電池冷卻系統可以調節電池組的溫度。
1. 傳統車輛與電動汽車
傳統車輛以內燃機為基礎，靠消耗燃油驅動行駛。因此進口石油在國家經濟中占了很大比重。相比之下，以電力為能源的電動汽車不僅能支持經濟發展，還能保障國家的能源安全。隨著電動汽車的普及，了解電動汽車的功能，尤其是了解電池系統的工作原理十分重要。
電動汽車的行駛依賴可充電的電池。在為電動機提供電力的同時，電池會發熱，需要通過熱管理系統進行散熱。電動汽車的電池冷卻系統可以調節電池和其他電子系統的溫度。那么，電動汽車的工作原理是什么？電池的冷卻方式有哪些？
2. 電動汽車的工作原理
電動汽車是未來的出行方式。與傳統汽車相比，電動汽車的駕駛體驗更好，具有出色的扭矩、功率、速度和加速性能。除此之外，電動汽車還有其他優勢，如零油耗、環保、維護需求小、高效和可靠性強。
這些優勢得益于其工作原理：電能轉換驅動機械運動。這需要電池、充電器和電機的彼此配合：可充電電池為電動汽車提供電能，然后電機根據需要轉化成驅動力。電池的電量用盡后，電動汽車就會寸步難行。為了確保電動汽車的可靠行駛，電池非常關鍵。那么，常見的電池類型有哪幾種？
3. 常見的電動汽車電池類型
電動汽車依賴各種類型的可充電電池。鋰離子電池和鋰聚合物電池是現代電動汽車中最常見的兩種。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力電動汽車，鉛酸電池則用于電動汽車的輔助供電。
4. 電池溫度過熱的不利影響
過熱是加速電池老化的罪魁禍首之一。發熱會讓電池難以工作，時間一長，電池性能會不斷下降。直流快充不利于電池壽命，因為快充電流會導致電池溫度升高。
電池溫度高會導致電池液蒸發，損壞電池的內部結構，造成不可逆的傷害。在最佳溫度下，放電功率可用性、再生制動充電和電池健康都處于最佳狀態。而隨著溫度升高，電池壽命、電動汽車駕駛性能和經濟性都會降低。因此，電池冷卻系統在電動汽車中的作用不容小覷。
5. 電動汽車中的電池液冷系統
電池冷卻系統可以調節電池組的溫度，這是因為電動汽車使用含有乙二醇等液體冷卻劑的冷卻回路。其中，電動泵會讓冷卻液在電池內循環流動，散熱器則將熱量釋放到周圍環境中。
電動汽車的電池冷卻系統可分為兩種：被動液體冷卻系統和主動液體冷卻系統。
被動液體冷卻系統
在被動液冷系統中，冷卻功率取決于環境溫度和電池溫度之間的溫差。在散熱器后面連接風扇，可以提高冷卻性能。
主動液體冷卻系統
當環境溫度高于電池溫度或二者的溫差太小時，主動式液冷系統就會發揮作用。主動液冷系統由兩個回路組成。其主回路與被動液冷系統類似。二級回路則位于空調回路中，由兩個熱交換器組成，分別用作蒸發器和冷凝器。
要確保電力驅動的可靠性，電動汽車電池冷卻系統的快速反應至關重要。為此，需要對電池的熱管理系統進行準確、可靠的仿真分析，以便在設計早期識別問題，減少產品落地時的潛在風險。
6. 熱管理系統的仿真分析解決方案
隨著電動汽車的行業發展進入快車道，新能源汽車的PCB用量可達傳統汽車數倍，毫無疑問，其電子成本占整車比重上升。為了更高的性能和能效，產品的功率級必須能夠管理較大的電流，同時滿足嚴格的電能耗散和尺寸要求。
因此，設計人員面臨著更加復雜的電池熱管理挑戰。但目前，許多熱效應分析方式難以準確、可靠、綜合地仿真其對電子的影響，例如電流過于集中等問題常被忽視，此時電熱協同仿真分析是最佳解決方案。
Cadence Celsius Thermal Solver 是第一種專為電氣與機械工程師設計的熱分析技術。電氣工程師可以擴展電源完整性分析，包括快速、準確和易于使用的熱仿真；而機械工程師可以擴展現有的熱分析方法，包括因電熱相互作用產生的真實熱源。
Celsius Thermal Solver 環境支持各個方面的熱分析，可以快速準確地識別 IC 封裝、PCB 和電子系統中的熱問題。它采用創新的大規模并行求解器技術，仿真速度比傳統熱仿真器最高可快10 倍，同時顯著減少內存使用。它還整合了有限元分析 (FEA) 和計算流體力學 (CFD)；利用 FEA 來處理傳導，利用 CFD 來處理對流和氣流。
(本文轉載自：Cadence楷登PCB及封裝資源中心微信公眾號)
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