在动力电池PACK、电池模组、电机电控、储能以及其他液冷热管理系统测试过程中，经常需要让冷却液按照设定程序在不同温度之间循环变化。

　　例如：25℃降至-20℃;-30℃升至60℃;20℃升至80℃;高温与低温之间反复循环。

　　因此，在选择高低温液冷测试机时，除了关注温度范围、流量、压力和制冷量之外，升降温速度也是一个非常重要的性能指标。

　　实际项目中经常会遇到这样的情况：设备温度可以达到-40℃，为什么从25℃降到-30℃却需要很长时间?或者设备加热功率已经很大，为什么连接电池包以后升温速度还是变慢?

　　这是因为，高低温液冷测试机的升降温速度并不是由某一个参数决定的，而是与制冷量、加热功率、冷却液容量、被测件热容量、系统流量、管路保温以及测试环境等多个因素有关。

　　下面就具体分析一下。

　　一、什么是液冷测试机的升降温速度?

　　液冷测试中的升降温速度，通常用于描述冷却液温度在一定时间内发生变化的快慢。

　　例如：

　　冷却液从25℃降至-25℃，总温差为50℃。

　　如果需要50分钟完成，平均降温速度约为1℃/min。

　　如果只需要25分钟，则平均降温速度约为2℃/min。

　　但需要注意的是实际升降温过程通常并不是完全线性的。

　　例如从25℃降到0℃可能比较快，但继续从0℃降到-30℃时，降温速度可能逐渐变慢。

　　原因在于随着目标温度降低，制冷系统的运行工况也在不断变化，其有效制冷能力并不一定始终保持不变。

　　因此，在讨论“升降温速度”时，应该明确起始温度、目标温度、冷却液种类、冷却液容量、被测件是否带负荷、循环流量、环境温度。

　　如果只说“要求2℃/min”，而不说明测试条件，设备厂家往往很难准确判断实际需求。

　　二、制冷量是影响降温速度的重要因素

　　对于降温过程而言，制冷系统需要不断把整个循环系统中的热量带走。

　　其中包括冷却液自身储存的热量、被测件内部热量、外部管路热量、换热器及储液结构热量、循环泵产生的热量、环境持续传入系统的热量。

　　因此，一般来说，在其他条件相同的情况下有效制冷量越大，系统降温能力通常越强。

　　但这里尤其需要注意“有效制冷量”几个字。

　　因为一台设备标称制冷量为20kW，并不代表它在所有温度下都能持续提供20kW制冷能力。

　　例如设备在20℃工况下可能具备较高制冷能力，但当冷却液逐渐下降到0℃、-10℃、-20℃、-30℃，制冷系统的运行条件随之发生变化，实际可用制冷量也可能变化。

　　因此，如果项目要求25℃降到-30℃，并且要求在规定时间内完成。

　　真正应该确认的是设备在整个降温区间，特别是在低温段，还能提供多大的有效制冷能力。

　　这比单独看一个常温标称制冷量更有参考价值。

　　三、加热功率直接影响升温速度

　　对于升温过程，加热器需要向循环冷却液及整个系统输入热量。

　　在其他条件基本一致时：加热功率越大，理论上升温速度越快。

　　例如同样需要加热一批冷却液：5kW加热功率和15kW加热功率，完成同样温升所需要的理论时间显然不同。

　　但实际测试系统并不是只有冷却液需要加热。

　　当设备连接被测件以后，还需要同时提高液冷板温度、电池包内部相关结构温度、外部管路温度、接头和阀件温度、换热器内部介质温度。

　　因此，即使设备本身加热功率不变，空载升温速度和连接被测件以后的升温速度也可能明显不同。

　　这也是为什么设备选型时不能只看“空载升温速度”。

　　四、冷却液容量越大，升降温通常越慢

　　这是影响升降温速度非常直接的因素之一。

　　冷却液本身具有热容量。

　　需要改变的冷却液越多，要升高或者降低相同温度所需要输入或移除的热量就越多。

　　可以用一个简单关系理解：Q = m × Cp × ΔT。

　　其中：

　　Q——需要输入或移除的热量;

　　m——冷却液质量;

　　Cp——冷却液比热容;

　　ΔT——目标温差。

　　假设两套测试系统分别有：

　　系统A：20L冷却液;

　　系统B：60L冷却液。

　　在介质类型、温度变化范围及其他条件基本一致的情况下，系统B需要处理的液体热容量显然更大，因此达到相同目标温度所需要的时间通常也会更长。

　　所以在液冷测试系统设计中，并不是储液量越大越好。

　　过大的储液罐虽然可能提高部分工况下的系统稳定性，但也会增加整个系统的热惯性，从而影响快速升降温能力。

　　五、被测件热容量也会影响升降温速度

　　很多项目在设备厂家做空载测试时，升降温速度完全能够达到要求。

　　但设备到现场连接电池PACK以后，降温或者升温明显变慢。

　　其中一个重要原因就是测试对象本身具有较大的热容量。

　　例如动力电池PACK内部可能包含电芯、模组结构件、液冷板、铝合金壳体、管路、连接件、其他热管理部件。

　　当冷却液温度发生变化时，被测件会不断与冷却液进行热交换。

　　例如冷却液从25℃开始向-20℃下降：冷却液温度下降以后，被测件内部仍然处于较高温度，会不断向冷却液释放热量。

　　制冷系统不仅需要降低冷却液自身温度，同时还需要逐步带走被测件内部储存的热量。

　　因此被测件体积越大、质量越大、热容量越高，整个系统达到目标温度所需要的时间通常越长。

　　六、被测件持续发热会进一步拖慢降温

　　除了热容量之外，还需要考虑被测件在测试过程中是否持续发热。

　　例如电池包在充放电测试过程中可能持续产生8kW热量。

　　液冷测试机一边需要降低整个循环系统的温度，一边还要持续带走这8kW热负荷。

　　如果某一温度下设备能够提供的有效制冷量为12kW，其中8kW已经用于抵消被测件持续发热。

　　真正能够用于进一步降低系统温度的剩余制冷能力实际上只有约4kW。

　　因此同一台设备在被测件不发热状态和带负荷运行状态下，降温速度可能完全不同。

　　这也是设备选型时必须提供“极限持续热负荷”的原因。

　　对于动力电池PACK、电机电控以及储能系统测试来说，这一参数尤其重要。

　　七、流量会不会影响升降温速度?

　　会。

　　冷却液需要通过循环流动，把设备产生的冷量或热量输送到被测件。如果流量过小，可能造成热量传递速度降低、系统局部温差增大、被测件换热不足、整体温度响应变慢。适当提高流量，可以改善设备与被测件之间的热量传递。

　　但这并不意味着流量越大，升降温一定越快。因为当流量增加以后，系统压降通常也会增加，对循环泵能力提出更高要求。同时，如果被测件内部流道阻力较大，即使设备极限流量参数很高，连接实际产品以后也未必能够达到目标流量。因此，高低温液冷测试机在进行快速变温时，需要同时考虑流量能力 + 系统压力能力 + 被测件流阻。这三个参数需要匹配。

　　八、冷却液种类会影响升降温速度

　　不同冷却液具有不同的比热容、密度、粘度、导热性能、冰点、低温流动性。

　　新能源液冷测试中比较常见的是不同浓度的乙二醇水溶液。

　　随着乙二醇浓度以及温度发生变化，其物性也会发生变化。

　　尤其是在低温条件下，冷却液粘度增加以后管路阻力可能提高、实际循环流量可能下降、循环泵负载增加、换热条件发生变化。

　　因此，设备在常温纯水工况下表现出的升降温能力，不一定能够完全代表使用实际乙二醇溶液并运行到低温状态后的性能。

　　设备选型和性能确认时，应该使用与实际项目接近的冷却液介质和浓度进行评估。

　　九、外部管路越长，升降温速度可能越慢

　　高低温液冷测试机与被测件之间通常需要通过软管或者硬管连接。

　　如果外部循环管路较长，就会产生几个影响。

　　1. 增加冷却液总量

　　管路越长，整个系统中的液体容量越大，需要升温或者降温的介质也越多。

　　2. 增加环境换热

　　尤其是在低温测试时，如果管路保温效果不好，外界环境会持续向低温冷却液传递热量。

　　例如冷却液已经达到-30℃，但实验室环境仍然是25℃。

　　两者之间存在55℃温差。

　　如果外部管路保温不好，环境热量就会不断进入循环系统。

　　制冷机不仅需要处理被测件热负荷，还需要不断抵消这一部分环境热负荷。

　　3. 增加系统压降

　　较长的管路以及大量弯头、阀门和快速接头都会增加流阻，从而可能降低实际循环流量。

　　因此，对于需要快速升降温的液冷测试项目，应尽可能合理缩短外部管路、做好保温、减少不必要的弯头和节流部件、根据流阻合理选择管径。

　　十、环境温度为什么也会影响降温速度?

　　设备所处的实验室环境同样会对实际性能产生影响。

　　例如在25℃环境和35℃环境进行相同的低温液冷测试，制冷系统面对的运行条件并不完全相同。特别是风冷式设备，其冷凝器需要通过环境空气进行散热。

　　如果环境温度过高、通风条件不好、冷凝器附近热空气无法及时排走、设备安装距离过近都有可能影响制冷系统散热条件，进而影响实际制冷能力。

　　因此，设备使用现场应尽量满足厂家规定的环境温度和散热空间要求。

　　十一、温度测量位置也可能让人误判“升降温速度”

　　液冷测试中常见温度点包括设备内部储液温度、设备出液温度、被测件进口温度、被测件出口温度、被测件自身温度。

　　这些温度并不会始终完全一致。

　　例如：

　　设备内部冷却液可能已经达到-20℃;经过一段较长的外部管路后，被测件进口温度可能只有-17℃;而被测件内部电芯温度可能仍然保持在5℃。

　　如果客户说“为什么设备已经到-20℃，电池包还没有降到-20℃?”

　　这并不一定意味着设备降温慢。

　　实际上需要区分三个概念：

　　• 设备介质温度变化速度;

　　• 被测件入口冷却液温度变化速度;

　　• 被测件自身温度变化速度;

　　三者不能直接等同。

　　尤其对于大质量动力电池PACK而言，由于电芯本身具有较大的热容量，其温度变化通常会明显滞后于冷却液温度。

　　因此，项目技术协议中应该明确升降温速率到底是以哪个测温点作为判断依据。

　　十二、为什么越接近目标温度，降温可能越慢?

　　实际使用中经常会发现刚开始降温时速度比较快;越接近目标温度，速度越慢。

　　这是比较常见的现象。

　　原因包括：

　　• 低温工况下制冷系统有效能力发生变化;

　　• 环境与冷却液之间温差不断增大;

　　• 外部环境热负荷增加;

　　• 控制系统接近设定值后逐渐降低输出，避免温度过冲;

　　• 被测件内部热量持续向冷却液释放。

　　因此，不能简单通过某一分钟的瞬时温度变化速度，推算整个温区的总降温时间。

　　更合理的方式是根据实际测试要求，例如25℃降至-30℃，在被测件持续产生5kW热负荷、流量20L/min条件下，要求60min以内完成。

　　这种条件比单纯写降温速率≥1℃/min更加明确。

　　十三、液冷测试机降温慢，常见原因有哪些?

　　如果设备实际运行过程中出现降温时间明显变长，可以按照以下方向排查。

　　1. 被测件热负荷超过设计值

　　例如设备原本按5kW热负荷选型，但实际测试过程中被测件持续产生10kW热量，就可能导致降温速度明显下降，甚至无法达到设定温度。

　　2. 冷却液加注量明显增加

　　现场增加了储液罐、外部换热器或者更长的测试管路，导致系统液体容量比原设计状态大很多。系统热容量增大以后，降温时间自然会延长。

　　3. 管路保温效果差

　　尤其进行-20℃、-30℃甚至更低温度测试时，外部管路结露、结霜通常说明保温条件可能需要进一步检查。环境热量不断进入系统，会增加制冷负荷。

　　4. 流量不足

　　可能原因包括冷却液粘度过高、被测件流阻过大、过滤器堵塞、管路弯头过多、循环泵能力不足、系统存在气泡。

　　流量不足可能造成换热效率下降。

　　5. 环境散热条件不好

　　对于风冷式设备，如果冷凝器进风受阻、环境温度过高或者热空气循环，会影响设备散热。

　　对于水冷式设备，则需要检查冷却水温度、冷却水流量、冷却水压力、冷却塔或厂务冷却水状态。

　　6. 制冷系统工作异常

　　如果设备相比正常状态降温时间明显延长，还需要检查制冷系统是否存在异常，例如换热器性能下降、冷凝器污染、制冷系统压力异常、压缩机工作状态异常。

　　这种情况通常需要结合设备运行数据进一步判断。

　　十四、液冷测试机升温慢，常见原因有哪些?

　　升温慢的排查思路与降温略有不同。

　　主要可以关注：

　　1. 加热功率是否满足要求

　　如果系统液体容量较大，而加热功率配置较小，升温时间就会比较长。

　　2. 被测件热容量过大

　　大型电池PACK、储能系统或者其他大质量被测件需要吸收大量热量。

　　3. 低温环境下散热损失较大

　　如果从-30℃开始向高温升温，大量热量需要先用于提高冷却液、管路和被测件温度。

　　4. 外部系统持续吸热

　　例如被测件内部还有其他低温部件，或者试验箱环境仍处于较低温度，会不断从液冷回路吸收热量。

　　5. 控制策略限制加热输出

　　接近目标温度时，为了避免温度超调，系统可能逐渐降低加热输出。

　　这属于正常温控过程，并不一定代表加热能力不足。

　　十五、选设备时应该怎样提出升降温要求?

　　为了让设备选型更加准确，不建议只给厂家一个：

　　“要求升降温2℃/min。”

　　更建议提供完整工况。

　　有了详细参数以后，设备厂家才能进一步进行制冷量核算、加热功率核算、循环流量和压力匹配、系统热容量估算、升降温时间评估。

　　这种方式比只比较设备样本上的“升降温速率”更加可靠。

　　十六、升降温速度是不是越快越好?

　　并不是所有测试项目都需要追求极快的升降温速度。

　　更大的制冷系统和加热系统通常意味着设备成本提高、配电功率提高、设备体积增加、冷却水或散热要求提高、系统控制复杂度增加。

　　而实际测试规范可能并不要求非常快速的温度变化。

　　因此，高低温液冷测试机选型的重点不是“做到很快。”而是“满足实际测试程序要求，并留有合理余量。”

　　如果项目只要求稳定维持某一温度，那么过度追求快速升降温可能没有必要。

　　如果项目涉及高低温冲击、快速温变或者缩短研发测试周期，则需要重点评估设备的动态制冷和加热能力。

　　十七、总结

　　高低温液冷测试机的升降温速度，并不是由单一的制冷量或者加热功率决定。

　　实际升降温性能通常会受到制冷量、加热功率、测试温度、冷却液容量、冷却液类型及浓度、被测件热容量、被测件持续热负荷、循环流量、系统压降、外部管路长度、管路保温、环境温度、温度测量位置、温度控制策略等因素的共同影响。

　　因此，在高低温液冷测试机选型时，不应只询问“设备能做到多少℃/min?”

　　而应该把实际的起始温度、目标温度、冷却液、流量、被测件热负荷以及规定完成时间等条件一起提供。

　　这样得到的升降温能力评估，才更接近设备实际使用工况。

　　广东芸海君蓝科技有限公司专注于新能源高低温液冷测试设备及热管理测试系统，可根据动力电池PACK、电池模组、电机电控、储能及其他液冷产品的温度、流量、压力、热负荷、冷却液介质及升降温时间等测试需求，进行设备选型与非标方案匹配。