双向冷却：被特斯拉和保时捷先后抛弃的方案

接昨天的Taycan “三明治”箱体结构/冷却设计，来看下Taycan对于电芯冷却的思考。由于Taycan的充电策略中也包括类似特斯拉的超级快充：在800V直流条件下，将实现270kW的功率。因此，它对电芯的冷却效率也格外高。

从实际方案来看，它采用了与Audi e-tron相近的冷却设计：水冷板平铺在下箱体底部，通过先带走下箱体的热量，来进一步冷却模组/电芯；冷却液将从电池包的一侧，并行地流向另一侧，这样提高冷却效率、同时保证各个分支流道上温度的均匀性。

这种方案有一个很重要的特征，即所有冷却液的流向在任何时候都是相同的，理论上来讲，它有一种无法回避的不足：靠近进水口位置的电芯受到的冷却液温度最低，而靠近出水口位置的电芯，受到的冷却液温度最高。中间电芯的冷却液温度介于二者之间。整个电池系统的温度梯度，由进水口向出水口不断增加，这样给不同电芯之间带来了一定的温差。这个温度的大小对电芯的寿命和安全性有重要影响。

因此，保时捷在设计之处考虑了另外一种更高效，同时能最大限度保证电芯间均温性的双向冷却方案，如下(注：最上面的绿色箭头应为红色）。

每个模组群112（由3个横向排放的模组构成）下面有一组流向相反的水冷管（道）（分别称为第1水管道和第2水管道），而不是做成一个整块的水冷板，放置在所有模组的下方。该种方案下，整个电池包的两侧，都会有进水和出水，每个模组同时接受来自相反方向冷却液冷却。第1水管和第2水管相连在一起，在流通过程中，会通过管之间的内壁来交换热量，使2个管内的温度在不同的位置上，能最大程度地让温度趋于一致性，从而在保证每个模组的冷却效果的同时，保证模组间冷却的一致性。

水冷管没有做成整个一体化，部分的原因是基于结构上的优化考虑，减轻冷板的质量。这个方案的设计中，较难处理的应该是132模组的位置，它纵向放置，靠U形冷却回路来实现双向冷却（个人还没搞明白具体实现路径）。

保时捷的这个方案和特斯拉早期Roadster跑车电池冷却的思路相同，出发点在于保证电芯之间的均温性。Roadster电池包每个模组的冷却示意图如下。

在保时捷的方案中，模组和箱体之间的接触并没有提到导热胶或类似的界面材料设计，不过，由于与奥迪e-tron共用很多技术，实际的产品应该会有e-tron 那种gap filler的导热措施。特斯拉双向冷却的方案是由前任CTO J.B斯特劳贝尔提出和开发的，到了Model S/X时，便放弃了这个方案。特斯拉的冷却设计，也经历了至少3代的变革。

很可惜，保时捷同样也放弃了该种方案设计，甚至都没有给它一次出场的机会。我同业内的几个专家进行了交流，双向冷却的想法很好，也确实有成效，不过，这也让整个水冷管系统结构更复杂，冷却路径可能会更长，同时可能需要配备更多的水泵，从而也推高了整个成本。

在温差可以接受的范围内，成本将是一个主导性的因素，一如电芯的设计（比能、安全、快充不可兼得），在很多情况下，电池系统的总体设计也是一个trade off过程。

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