什么是直冷直热技术?与液冷测试有什么区别?

2026-07-20

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　　随着新能源汽车动力电池能量密度、充放电倍率和整车热管理集成度不断提高，电池系统对温度控制速度、换热效率和系统能耗提出了更高要求。

　　目前，新能源汽车动力电池和热管理部件常见的温度调节方式包括风冷、液冷以及制冷剂直冷直热等。液冷系统通常使用水、乙二醇水溶液或其他冷却液作为循环介质，而直冷直热系统则让制冷剂直接进入电池冷板、换热器或相关热管理部件，与被测对象进行热交换。

　　两种技术都可以实现电池或热管理部件的冷却和加热，但在循环介质、换热路径、工作压力、控制方式、测试项目和设备配置方面存在明显差异。

　　因此，在动力电池包、直冷板、制冷剂管路和热管理系统研发过程中，需要根据产品结构和测试目标，选择高低温液冷测试机或直冷直热测试机。

　　一、什么是直冷直热技术?

　　直冷直热技术是一种利用制冷剂直接与被控温部件进行热交换的热管理方式。

　　在液冷系统中，通常先由制冷系统对冷却液进行降温或升温，再由冷却液进入电池液冷板，从而实现热量传递。制冷剂和电池包之间还存在一个二次冷却液循环。

　　在直冷系统中，制冷剂可以直接进入电池直冷板、蒸发器或其他换热部件，通过制冷剂的蒸发吸热过程带走热量，减少中间换热环节。

　　在直热工况下，可根据热管理系统设计，通过制冷循环切换、热泵运行、热气体控制或其他制冷剂加热方式，使制冷剂在被控温部件内释放热量，从而实现加热。

　　需要注意的是，不同企业和不同车型采用的直冷直热系统结构可能不同。具体制冷剂流向、压力控制方式、相态变化和加热方法，需要以实际系统设计为准。

　　二、什么是液冷技术?

　　液冷技术通常采用水、乙二醇水溶液或其他冷却液作为二次循环介质。

　　冷却液在循环泵的驱动下，流经动力电池液冷板、储能电池簇管路、换热器或其他被控温部件，将热量带出或输入被测件。

　　在需要制冷时，冷却液通常通过冷水机、制冷机组或板式换热器降温;在需要加热时，可以通过加热器对冷却液进行升温。

　　液冷系统的基本换热过程通常为制冷剂回路与冷却液换热，冷却液再与电池包或液冷部件换热。

　　因此，液冷属于间接换热方式，电池包或液冷板内部循环的通常是冷却液，而不是制冷剂。

　　三、直冷技术的基本工作原理

　　直冷系统通常利用制冷剂在低压状态下蒸发吸热，将电池包、功率器件或其他发热部件产生的热量带走。

　　其基本过程可以概括为：

　　• 制冷剂经过压缩、冷凝和节流等过程;

　　• 节流后的低温低压制冷剂进入直冷板或蒸发换热部件;

　　• 制冷剂吸收被测件产生的热量;

　　• 制冷剂发生蒸发或状态变化;

　　• 制冷剂离开被测件并返回制冷循环系统;

　　• 系统继续完成压缩、冷凝及下一次循环。

　　在这一过程中，制冷剂可以利用相变吸收较多热量，因此直冷系统在结构合理、控制稳定的条件下，可以获得较快的温度响应和较高的换热能力。

　　但是，制冷剂相态和压力会随温度、负载、节流状态及流量变化而改变，因此直冷系统对压力控制、流量控制、过热度管理和系统匹配提出了更高要求。

　　四、直热技术的基本工作原理

　　直热是指利用制冷剂循环直接向电池包、直冷板或热管理部件提供热量。

　　根据系统结构不同，直热可能采用以下方式实现：

　　• 热泵循环反向运行;

　　• 改变制冷剂流向;

　　• 将高温制冷剂气体引入换热部件;

　　• 利用制冷剂冷凝放热;

　　• 通过阀组切换制冷与制热回路;

　　• 结合辅助加热系统完成升温。

　　在直热过程中，高温制冷剂进入被控温部件后释放热量，使电池或相关部件温度升高。

　　由于直热系统同样涉及制冷剂压力和相态变化，因此测试时不仅需要关注温度，还需要监测进口压力、出口压力、流量、过热状态、冷凝状态及系统运行稳定性。

　　五、直冷直热与液冷的核心区别

　　直冷直热系统和液冷系统的主要区别，在于进入被测件的循环介质和换热路径不同。

直冷直热与液冷的核心区别

　　两种技术并不是简单的替代关系，而是适用于不同的产品结构和热管理方案。

　　六、两种系统的循环介质有什么不同?

　　1. 直冷直热系统使用制冷剂

　　直冷直热系统需要根据实际产品选择相应制冷剂。

　　不同制冷剂的工作压力、温度特性、密度、充注要求及材料兼容性可能不同。因此，测试设备需要与实际使用的制冷剂类型相匹配。

　　测试前通常需要明确制冷剂型号、充注量、工作温度范围、高压侧压力、低压侧压力、流量范围、润滑油及材料兼容要求、回收和抽真空要求。

　　2. 液冷系统使用冷却液

　　液冷系统常见循环介质包括水、乙二醇水溶液、丙二醇水溶液、指定冷却液、其他导热液体。

　　冷却液选型主要关注凝固点、沸点、黏度、比热容、腐蚀性和材料兼容性。

　　与制冷剂系统相比，液冷回路的介质状态通常更加稳定，测试过程主要围绕温度、流量、压力及压差开展。

　　七、两种系统的换热路径有什么不同?

　　1. 液冷存在中间换热过程

　　液冷通常需要经过两个主要换热环节：

　　• 一是制冷系统与冷却液换热。

　　• 二是冷却液与电池包、液冷板或其他被测件换热。

　　中间换热器、储液系统和循环泵都会对系统效率、温度响应和能耗产生影响。

　　2. 直冷减少中间循环环节

　　直冷系统让制冷剂直接进入被控温部件，可以减少冷却液循环和中间换热环节。

　　在设计和控制合理的情况下，这种结构有利于提高热传递响应速度，并减少部分中间换热损失。

　　但是，直冷系统对制冷剂分配、相变控制、压力稳定和蒸发均匀性有更高要求。

　　如果制冷剂分配不均、流量不足或换热部件结构不合理，可能造成局部温度差异或系统运行波动。

　　八、直冷直热测试需要关注哪些参数?

　　直冷直热测试涉及制冷剂循环和状态变化，通常需要采集和控制多个参数。

　　1. 制冷剂进口温度

　　用于判断进入被测件的制冷剂温度状态，并分析其与压力及相态之间的关系。

　　2. 制冷剂出口温度

　　出口温度可以反映制冷剂吸热或放热后的状态变化。

　　结合进口温度、出口压力及其他数据，可进一步判断系统换热情况。

　　3. 进口压力和出口压力

　　制冷剂压力与温度、相态和系统运行状态密切相关。

　　测试时通常需要分别采集被测件进口压力和出口压力，以分析压力损失和运行稳定性。

　　4. 制冷剂流量

　　制冷剂流量会直接影响换热能力和系统状态。

　　根据测试要求，可能需要测量制冷剂的质量流量，并分析不同流量条件下的冷却或加热效果。

　　5. 过热度

　　在蒸发换热过程中，过热度是判断制冷剂蒸发状态和系统控制情况的重要参数之一。

　　过热度过高可能说明制冷剂流量偏小、换热负荷较大或系统匹配存在问题;过热度过低则需要关注液态制冷剂回流等风险。

　　6. 过冷度

　　在涉及冷凝和液态制冷剂供应的测试中，过冷度可用于判断液态制冷剂状态及供液稳定性。

　　7. 被测件温度

　　通常需要在电池包、直冷板或换热部件不同位置布置温度测点，分析温度响应速度和温度均匀性。

　　8. 冷却或加热能力

　　通过制冷剂流量、进口状态、出口状态及被测件热负载等数据，可以对系统实际冷却能力或加热能力进行分析。

　　9. 压降

　　制冷剂流经直冷板、阀体和管路时会产生压力损失。

　　压降过大可能影响制冷剂分配和系统运行效率，因此需要对不同流量和不同负载下的压降进行测试。

　　10. 泄漏和密封状态

　　制冷剂泄漏不仅会影响系统性能，还可能带来环境、安全和设备运行风险。

　　直冷直热测试系统需要根据制冷剂类型和设备结构配置相应的泄漏检测及安全保护措施。

芸海君蓝高低温液冷测试机设备介绍图

　　九、液冷测试需要关注哪些参数?

　　液冷测试主要围绕液体介质循环性能和被测件换热性能展开。

　　常见参数包括：

　　• 介质进口温度;

　　• 介质出口温度;

　　• 进出口温差;

　　• 循环流量;

　　• 进口压力;

　　• 出口压力;

　　• 被测件压差;

　　• 被测件表面温度;

　　• 多测点温度均匀性;

　　• 升温和降温时间;

　　• 散热量;

　　• 泄漏情况;

　　• 长时间运行稳定性。

　　与直冷测试相比，液冷测试通常不需要重点分析制冷剂相变、过热度和过冷度，但需要更加关注冷却液浓度、低温黏度和管路流阻。

　　十、直冷直热测试机有哪些主要功能?

　　直冷直热测试机是用于模拟制冷剂直接换热工况的专业测试设备。

　　设备可根据测试需求配置制冷系统、压缩机、冷凝器、节流装置、阀组、制冷剂流量测量装置、压力传感器、温度传感器及自动控制系统。

　　主要功能通常包括：

　　• 制冷剂循环;

　　• 制冷剂温度控制;

　　• 高压侧和低压侧压力监测;

　　• 制冷剂流量调节与测量;

　　• 制冷与制热模式切换;

　　• 被测件进口和出口温度采集;

　　• 被测件进口和出口压力采集;

　　• 压降测试;

　　• 冷却能力测试;

　　• 加热能力测试;

　　• 过热度和过冷度分析;

　　• 测试数据记录;

　　• 运行曲线显示;

　　• 故障报警;

　　• 自动测试程序;

　　• 与上位机或其他测试系统通信。

　　不同项目所需功能可能不同，具体配置需要根据制冷剂类型、压力范围、流量范围、被测件结构和测试流程确定。

　　十一、高低温液冷测试机有哪些主要功能?

　　高低温液冷测试机主要用于控制液体介质的温度、流量和压力。

　　设备通常由制冷机组、加热器、储液罐、循环泵、流量计、压力传感器、温度传感器和控制系统组成。

　　主要功能包括：

　　• 高温介质输出;

　　• 低温介质输出;

　　• 恒温循环;

　　• 高低温交变循环;

　　• 流量控制;

　　• 压力监测;

　　• 压差测试;

　　• 散热效率测试;

　　• 液冷系统密封测试;

　　• 测试数据记录;

　　• CAN或RS485通信;

　　• 与电池充放电测试机联动。

　　高低温液冷测试机适用于以水、乙二醇水溶液等为循环介质的热管理系统。

　　十二、直冷直热测试可以完成哪些项目?

　　根据动力电池包、直冷板和热管理系统的研发需求，直冷直热测试机可以开展以下测试。

　　1. 直冷性能测试

　　通过控制制冷剂温度、压力和流量，测试被测件在不同热负载下的冷却能力。

　　2. 直热性能测试

　　模拟制冷剂加热工况，测试被测件的升温速度、加热能力和温度均匀性。

　　3. 制冷剂流量测试

　　测试不同制冷剂流量条件下，被测件温度、压力和换热性能的变化。

　　4. 压力测试

　　采集制冷剂进口压力和出口压力，判断系统是否在规定压力范围内稳定运行。

　　5. 压降测试

　　检测制冷剂流经直冷板、管路或阀体前后的压力损失。

　　6. 冷却能力测试

　　在设定热负载下，测试直冷系统能够带走的热量及温度控制效果。

　　7. 加热能力测试

　　在低温工况下，测试直热系统对电池包或被测件的升温能力。

　　8. 温度均匀性测试

　　通过在被测件多个位置布置温度传感器，分析不同区域的温度差异。

　　9. 动态响应测试

　　测试制冷剂流量、压力或热负载发生变化后，系统达到稳定状态所需的时间。

　　10. 模式切换测试

　　测试系统从制冷模式切换到制热模式，或从制热模式切换到制冷模式时的响应和稳定性。

　　11. 高低温循环测试

　　通过反复制冷和制热，验证直冷板、管路、接头和阀体在温度变化条件下的可靠性。

　　12. 泄漏与密封测试

　　在规定温度和压力条件下，检查制冷剂管路、接口、阀体和被测件是否存在泄漏。

　　13. 长时间运行测试

　　在设定工况下连续运行，测试系统参数稳定性及部件耐久性。

　　十三、液冷测试可以完成哪些项目?

　　液冷测试常见项目包括：

　　• 高温循环测试;

　　• 低温循环测试;

　　• 高低温交变测试;

　　• 流量测试;

　　• 压力测试;

　　• 压降流阻测试;

　　• 散热效率测试;

　　• 温度均匀性测试;

　　• 密封性能测试;

　　• 热疲劳测试;

　　• 长时间运行稳定性测试。

　　两类设备部分测试项目名称相似，但其循环介质、压力范围、控制逻辑和数据分析方法并不相同。

　　十四、直冷直热技术有哪些特点?

　　1. 减少中间换热环节

　　制冷剂直接进入被控温部件，可以减少二次冷却液循环和中间换热器。

　　2. 温度响应速度较快

　　制冷剂相变可以在较小温差下吸收或释放较多热量，有利于提高系统温度调节响应。

　　3. 系统集成度较高

　　直冷直热系统可以与整车空调或热泵系统进行集成，减少部分独立液冷部件。

　　4. 压力和相态控制要求较高

　　制冷剂状态会受到温度、压力、流量和热负载影响，因此系统控制和匹配较为复杂。

　　5. 对管路和密封要求较高

　　直冷系统需要承受制冷剂回路压力，对管路耐压、接口密封和制造工艺提出较高要求。

　　6. 测试参数较多

　　除温度、流量和压力外，还可能需要分析过热度、过冷度、制冷剂状态和模式切换过程。

　　十五、液冷技术有哪些特点?

　　1. 控制方式相对成熟

　　液冷系统主要通过循环泵、加热器和制冷机组控制冷却液状态，测试方法和应用较为广泛。

　　2. 液体循环状态相对稳定

　　测试介质通常保持液态，更便于进行流量、压力和压降分析。

　　3. 适用产品范围广

　　液冷可用于动力电池包、储能电池簇、电机电控、半导体、UQD接头、液冷板、换热器、充电设备等。

　　4. 管路维护较为直观

　　补液、排气、过滤和介质更换等操作相对常见。

　　5. 存在中间换热损失

　　由于制冷剂需要先对冷却液进行控温，系统中存在额外换热环节和循环部件。

芸海君蓝直冷直热测试机设备介绍图

　　十六、直冷直热测试与液冷测试如何选择?

　　选择哪种测试设备，首先取决于被测件内部实际循环的介质。

　　1、适合选择直冷直热测试机的情况

　　• 被测件内部直接流通制冷剂;

　　• 需要测试直冷板或制冷剂换热部件;

　　• 需要模拟制冷剂蒸发吸热工况;

　　• 需要测试直热或热泵加热工况;

　　• 需要测量制冷剂质量流量;

　　• 需要分析过热度或过冷度;

　　• 需要进行制冷与制热模式切换测试;

　　• 需要模拟整车制冷剂热管理回路。

　　2、适合选择高低温液冷测试机的情况

　　• 被测件内部流通水或乙二醇水溶液;

　　• 需要测试动力电池液冷回路;

　　• 需要测试储能电池簇液冷系统;

　　• 需要进行冷却液流量和压力测试;

　　• 需要测试液冷板压降及散热性能;

　　• 需要与电池充放电设备联动;

　　• 需要进行高低温液体循环测试。

　　如果被测件同时包含制冷剂回路和冷却液回路，可能需要两类设备配合测试，或根据系统结构设计综合测试平台。

　　十七、直冷直热测试机选型需要关注哪些参数?

　　1. 制冷剂类型

　　不同制冷剂的工作压力和热力性质不同，设备设计必须与制冷剂匹配。

　　2. 温度范围

　　应明确制冷剂进口温度、出口温度及被测件目标温度范围。

　　3. 压力范围

　　需要明确高压侧、低压侧、正常工作压力及上限允许压力。

　　4. 制冷剂流量范围

　　应覆盖被测件下限流量、额定流量及上限测试流量。

　　5. 冷却能力

　　根据被测件上限热负载和目标温度确定测试机的制冷能力。

　　6. 加热能力

　　根据低温启动、直热性能及升温时间要求确定加热配置。

　　7. 流量测量方式

　　制冷剂测试通常需要根据实际系统选择合适的质量流量测量方式。

　　8. 压力和温度传感器

　　传感器应满足量程、精度、响应速度及制冷剂兼容性要求。

　　9. 模式切换要求

　　如需模拟制冷、制热和旁通等模式，应提前明确阀组结构和控制逻辑。

　　10. 数据采集要求

　　应明确需要采集的压力、温度、流量、功率和被测件温度测点数量。

　　11. 通信协议

　　根据上位机、整车控制器或测试系统要求配置CAN、RS485、以太网或其他接口。

　　12. 安全防护要求

　　根据制冷剂种类、压力等级和安装环境，配置超压、超温、泄漏、通风及紧急停机保护。

　　十八、直冷直热测试中的常见问题

　　1. 制冷剂流量不稳定

　　可能与节流装置、系统压力、热负载、阀门控制和制冷剂充注状态有关。

　　2. 被测件温度不均匀

　　可能与直冷板流道设计、制冷剂分配、安装接触和热负载分布有关。

　　3. 出口过热度过高

　　可能与制冷剂流量不足、蒸发不均匀、热负载过大或供液控制有关。

　　4. 系统压力波动

　　可能与压缩机运行、阀门调节、冷凝条件、制冷剂状态和控制参数有关。

　　5. 制冷与制热切换不稳定

　　可能与阀组切换顺序、压力平衡、控制程序和系统容量有关。

　　6. 测试数据重复性不足

　　可能与制冷剂充注量、系统排空状态、环境条件、传感器位置及测试程序不一致有关。

　　因此，直冷直热测试需要建立规范的抽真空、充注、稳态判断和数据记录流程。

　　十九、直冷直热测试的安全注意事项

　　直冷直热测试系统涉及制冷剂和压力循环，设备设计及使用过程中应重点关注安全防护。

　　常见安全措施包括高压保护、低压保护、超温保护、制冷剂泄漏监测、压缩机故障保护、流量异常报警、阀门状态监测、传感器故障报警、安全泄压装置、紧急停机、设备联锁、必要的通风和排放措施。

　　使用人员应根据制冷剂种类和实验室要求，制定相应的操作规程和应急处理方案。

　　二十、广东芸海君蓝直冷直热测试解决方案

　　广东芸海君蓝科技有限公司可根据动力电池包、直冷板、制冷剂管路、阀体、换热器及新能源汽车热管理系统的测试需求，提供直冷直热测试机和定制化测试方案。

　　设备可根据项目要求配置：

　　• 制冷剂循环系统;

　　• 压缩机及冷凝系统;

　　• 加热和制热模块;

　　• 节流及阀组控制系统;

　　• 制冷剂流量测量装置;

　　• 温度传感器;

　　• 高低压传感器;

　　• 被测件进出口压力采集;

　　• 制冷与制热模式切换;

　　• 测试数据记录及曲线显示;

　　• CAN、RS485或其他通信接口;

　　• 与上位机及其他测试设备联动功能;

　　• 超温、超压、泄漏及异常保护。

　　在设备方案设计前，建议用户提供以下信息：

　　• 被测件类型;

　　• 制冷剂种类;

　　• 工作温度范围;

　　• 高压侧和低压侧压力;

　　• 制冷剂流量范围;

　　• 被测件热负载;

　　• 制冷和制热能力要求;

　　• 模式切换流程;

　　• 测试接口;

　　• 通信协议;

　　• 安全防护要求。

　　完整的测试工况有助于确定设备制冷系统、阀组、传感器、管路和控制程序配置。