王娟 楊操 史瑩飛 劉為民 趙康 高珍琪

江蘇龍?bào)纯萍脊煞萦邢薰?/p>

截止到2023 年6 月底，我國(guó)汽車(chē)保有量為 3.28 億輛，其中95.1%為燃油車(chē)，目前我國(guó)已成為全球最大汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)國(guó)。交通運(yùn)輸行業(yè)是我國(guó)第三大碳排放行業(yè)，在“雙碳”背景下，國(guó)家大力發(fā)展新能源汽車(chē)。國(guó)務(wù)院印發(fā)了《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035 年）》，提出到 2025 年，新能源汽車(chē)新車(chē)銷(xiāo)售量達(dá)到汽車(chē)新車(chē)銷(xiāo)售總量的 20% 左右，至 2035 年，純電動(dòng)汽車(chē)成為新銷(xiāo)售車(chē)輛的主流[1,2]。為了實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)的快充、長(zhǎng)久續(xù)航，國(guó)內(nèi)外主流車(chē)企目前紛紛布局 800 V 高壓平臺(tái)架構(gòu)，系統(tǒng)可在高電壓下短時(shí)間內(nèi)完成大功率充電，充電體驗(yàn)接近于燃油車(chē)加油[2,3]。系統(tǒng)電壓的大幅提升，將對(duì)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)所使用的冷卻液提出更高的安全性要求。目前大部分電動(dòng)汽車(chē)使用的冷卻液為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)冷卻液（電導(dǎo)率在2 000 μs/cm 以上），一旦泄漏到未經(jīng)絕緣保護(hù)的電路板、電連接器上時(shí)，可能造成電子器件短路失效，設(shè)備損壞，甚至導(dǎo)致三電系統(tǒng)熱管理失效，以至于電池出現(xiàn)高溫失控、電池起火或者爆炸[4,5]。低電導(dǎo)率冷卻液因?yàn)殡妼?dǎo)率降低，電阻增大，電動(dòng)汽車(chē)三電系統(tǒng)相比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液明顯降低泄漏后因短路導(dǎo)致系統(tǒng)故障乃至失效的概率。

新能源汽車(chē)?yán)鋮s液泄漏風(fēng)險(xiǎn)的主要控制方法是提升冷卻液對(duì)電池水冷板、散熱器、油冷器、水管、密封件等零件的保護(hù)性能。新能源汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)?yán)鋮s液系統(tǒng)在系統(tǒng)中涉及的金屬材料有較大的差異，鋼、鑄鐵等黑色金屬是內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)總發(fā)動(dòng)機(jī)及其冷卻系統(tǒng)的主要金屬材料，新能源汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)中鋼、鑄鐵等則相對(duì)減少，3、4、6 系等變形鋁材是電池水冷板的主要材料，變形鋁材料在新能源汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)中的用量增大。新能源汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)水管材料、密封件中橡膠材料除了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)冷卻液系統(tǒng)中使用的三元乙丙橡膠以外，還會(huì)涉及到硅橡膠、氟橡膠等。因此，新能源冷卻液對(duì)于金屬緩蝕性能以及橡膠件兼容性也需要區(qū)別于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)冷卻液相關(guān)性能要求。關(guān)于冷卻系統(tǒng)中的樹(shù)脂材料的與冷卻液的兼容性測(cè)試在冷卻液的國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均未涉及到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，故本研究不涉及。

新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液是一款專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于純電動(dòng)汽車(chē)三電系統(tǒng)的間接冷卻的低電導(dǎo)率冷卻液，本文對(duì)這款低電導(dǎo)率新能源冷卻液理化性能、金屬緩蝕性能以及非金屬材料的兼容性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，考察低電導(dǎo)率新能源冷卻液在新能源汽車(chē)中應(yīng)用的可行性。

試驗(yàn)部分

試驗(yàn)材料

非金屬材料包含三元乙丙橡膠、硅橡膠、氟橡膠；金屬材料包含紫銅、黃銅、304 不銹鋼、3003 鋁合金、4043 鋁合金、6063 鋁合金。

試驗(yàn)儀器

自動(dòng)密度儀DMA4100M，安東帕中國(guó)有限公司；冰點(diǎn)儀DFYF-172A，大連分析儀器廠；沸點(diǎn)儀DFYF-177，大連分析儀器廠；泡沫傾向儀DFYF-178，大連分析儀器廠；pH 計(jì)FE28，梅特勒托利多；電導(dǎo)率儀FE30，梅特勒托利多；發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液腐蝕性能測(cè)定器ST0085-6，武漢研潤(rùn)科技發(fā)展有限公司；發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液鑄鋁合金腐蝕設(shè)測(cè)定器ST0620-1，武漢研潤(rùn)科技發(fā)展有限公司；烘箱，上海翰強(qiáng)儀器設(shè)備廠，HHG-9140A；硬度計(jì)RLD-770，上海哈德尼斯精密儀器有限公司；萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，東莞市昆侖檢測(cè)儀器有限公司。

試驗(yàn)方法

理化性能

密度、冰點(diǎn)、沸點(diǎn)、pH 值、儲(chǔ)備堿值、泡沫傾向、灰分、對(duì)有機(jī)涂料的影響均等同于GB 29743.1—2022 中的檢測(cè)方法。電導(dǎo)率按照GB/T 6908 中規(guī)定測(cè)定。

使用性能

◇鑄鋁合金傳熱腐蝕按照SH/T 0620 中規(guī)定測(cè)試。

◇玻璃器皿腐蝕：將7 種典型金屬試片（紫銅、黃銅、304 不銹鋼、鑄鋁、3003 鋁合金、4043鋁合金、6063 鋁合金）完全浸沒(méi)在750 mL、空氣流量為100 mL/min±10 mL/min 的試樣中，冷卻液原液在88 ℃±2 ℃，試驗(yàn)336 h±2 h，試驗(yàn)結(jié)束后取出試片，經(jīng)清潔處理后對(duì)試片進(jìn)行稱(chēng)重，以試片試驗(yàn)前后質(zhì)量變化值評(píng)價(jià)腐蝕。

◇模擬臺(tái)架腐蝕：試樣在由貯存器（不銹鋼）、水泵、散熱器及橡膠管所組成的封閉系統(tǒng)中，冷卻液原液在88 ℃±2 ℃和1.3 L/s～1.6 L/s 循環(huán)1 064 h，其抗腐蝕性能由貯存器內(nèi)裝有三電系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)所使用的7 種典型金屬試片（紫銅、黃銅、304 不銹鋼、鑄鋁、3003 鋁合金、4043 鋁合金、6063鋁合金）的失重和目測(cè)各部件內(nèi)表面的狀態(tài)而確定。試樣的性能變化由在試驗(yàn)周期內(nèi)定期對(duì)從系統(tǒng)中采取的試樣進(jìn)行分析來(lái)確定。

◇電池水冷板循環(huán)腐蝕：將水冷板連入循環(huán)管路進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試溫度90 ℃±2 ℃，冷卻液流量1.3 L/s ～1.6 L/s，使用低電導(dǎo)率冷卻液進(jìn)行循環(huán)，每運(yùn)行76 h 后停機(jī)8 h（為1 循環(huán)）。共進(jìn)行14 個(gè)循環(huán)試驗(yàn)，結(jié)束后取樣測(cè)試pH 值、電導(dǎo)率、鋁元素含量，循環(huán)后觀察水冷板的外觀有無(wú)變化。

◇橡膠材料兼容性能：將橡膠件（三元乙丙橡膠、硅橡膠、氟橡膠）完全浸沒(méi)在750 mL 的冷卻液試樣中，在88 ℃±2 ℃試驗(yàn)168 h±2 h，試驗(yàn)結(jié)束后取出試片，經(jīng)清潔處理后對(duì)試片進(jìn)行變化值評(píng)價(jià)，以試片試驗(yàn)前后性能變化值評(píng)價(jià)非金屬材料與冷卻液的兼容性能，橡膠材料（三元乙丙橡膠、硅橡膠、氟橡膠）的具體方法參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1690 測(cè)試質(zhì)量、體積、硬度和斷裂伸長(zhǎng)率等性能。

結(jié)果與討論

理化性能

新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液的理化性能對(duì)照GB 29743.1 中LEC-Ⅱ-40 要求，新增特殊性指標(biāo)為電導(dǎo)率＜100 μs/cm，其他的性能與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)冷卻液的性能要求一致。通過(guò)密度、冰點(diǎn)、沸點(diǎn)指標(biāo)說(shuō)明，新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液是一種以乙二醇為防凍劑的冷卻液，并且具備防凍、防沸的功能。新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液的理化性能見(jiàn)表1。

表1 新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液理化性能

使用性能

金屬緩蝕性能測(cè)試

區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)黃銅、紫銅、鑄鋁、焊錫、鑄鐵和鋼6 種金屬，鑄鋁、黃銅、紫銅、304 不銹鋼、3003 鋁合金、4043 鋁合金、6063 鋁合金是電動(dòng)汽車(chē)中的典型金屬種類(lèi)，因此新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液在腐蝕測(cè)試中的金屬試片種類(lèi)相比SH/T 0088 或SH/T 0085 有明顯的差異。通過(guò)鑄鋁傳熱腐蝕測(cè)試、玻璃器皿腐蝕測(cè)試、模擬臺(tái)架腐蝕測(cè)試考察新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液的金屬緩蝕性能，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液的金屬緩蝕性能

純電動(dòng)汽車(chē)三電冷卻系統(tǒng)的溫度低于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)?yán)鋮s液系統(tǒng)，本文中鑄鋁傳熱腐蝕測(cè)試、玻璃器皿腐蝕測(cè)試、模擬臺(tái)架腐蝕測(cè)試性能的測(cè)試溫度參考燃油車(chē)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB 29743.1 《機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)鋮s液 第1 部分：燃油汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液》，主要是因?yàn)楦邷厥怯绊懜g的重要因素，通過(guò)強(qiáng)化溫度可更好地考察冷卻液對(duì)金屬的緩蝕性能。由表2可以看出,新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)中冷卻液接觸到的金屬有優(yōu)異的保護(hù)性。

電池水冷板循環(huán)腐蝕測(cè)試

水冷板液冷是電池冷卻的主要方式，冷卻液對(duì)水冷板保護(hù)效果直接影響水冷板漏液的風(fēng)險(xiǎn)，因此需要進(jìn)行冷卻液與電池水冷板兼容性測(cè)試，即電池水冷板循環(huán)腐蝕測(cè)試。新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液與電池水冷板在90 ℃±2 ℃運(yùn)行1 064 h后，水冷板的外觀無(wú)變化，無(wú)漏液發(fā)生。新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液的電導(dǎo)率、pH 值隨運(yùn)行時(shí)間的變化如圖1 和圖2 所示。

圖1 新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液的電導(dǎo)率隨運(yùn)行時(shí)間的變化趨勢(shì)

由圖1、圖2 可以看出，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液的pH 值呈略下降的趨勢(shì)，最終降低到7.26 左右；運(yùn)行之后電導(dǎo)率有上升的趨勢(shì)，之后在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中穩(wěn)定在85～90 μs/cm之間。對(duì)運(yùn)行后的冷卻液，通過(guò)電感耦合等離子光譜法（ICP）方法測(cè)試鋁元素含量，結(jié)果為未檢出。因此，新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液對(duì)電池水冷板有優(yōu)異的保護(hù)性，并且長(zhǎng)期運(yùn)行后pH 和電導(dǎo)率穩(wěn)定性高。

橡膠材料兼容性測(cè)試

新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液橡膠兼容性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液橡膠兼容性能

由表3 可以看出，新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液對(duì)于三元乙丙橡膠、硅橡膠等非金屬件的兼容性能符合NB/SH/T 6047—2021《電動(dòng)汽車(chē)?yán)鋮s液》標(biāo)準(zhǔn)中的質(zhì)量指標(biāo)要求。因此，新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)中冷卻液接觸到的三元乙丙橡膠、硅橡膠等非金屬材料有優(yōu)異的兼容性能。

結(jié)束語(yǔ)

因?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液目前沒(méi)有明確的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)電動(dòng)汽車(chē)汽車(chē)專(zhuān)用冷卻液研究相對(duì)較少，市面純電動(dòng)汽車(chē)大多數(shù)采用傳統(tǒng)燃油車(chē)用冷卻液。電動(dòng)汽車(chē)新能源汽車(chē)低電導(dǎo)冷卻液通過(guò)電導(dǎo)率的降低可以有效提升冷卻液泄漏后的安全性能。新能源汽車(chē)低電導(dǎo)率冷卻液具有優(yōu)良的理化性能、優(yōu)異的金屬緩蝕性能以及非金屬材料的兼容性能，說(shuō)明其在新能源汽車(chē)的水冷系統(tǒng)中應(yīng)用具備可行性。該產(chǎn)品若要替代燃油車(chē)?yán)鋮s液在電動(dòng)汽車(chē)上廣泛使用，還有待更加完善的驗(yàn)證以及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累。