《电动汽车冷却液》标准制定说明

0 引言

新能源汽车是我国战略性新兴行业之一，自2001 年我国正式启动"863"电动汽车重大专项计划以来，新能源汽车行业的发展上升至国家战略高度。中国新能源汽车产业经过20多年的发展，产销规模已跃居全球第一，新能源汽车热管理系统冷却液的市场容量也在迅猛增长 。

电动汽车的关键部件包括动力电池、电机和电控系统，其热管理系统直接涉及到动力电池的使用寿命，使用性能及使用安全，如动力电池的工作温度控制在 25 ℃-35 ℃之间，可保证其使用寿命超过 250 Mm（25 万公里）；电池组的温差也会直接影响到电池的容量，当温差分别达到5 ℃，10 ℃及 15 ℃时，电池的容量将依次下降10%，15% 和 20%，一般当动力电池的容量下降到总容量的 80% 时即达到其使用寿命。随着电动汽车向着长续航里程、高能量密度的方向发展，液体冷却方式成为电动汽车热管理的重要发展趋势。电动汽车热管理系统与燃油汽车发动机冷却系统有着明显的差别，具体见表1。

若使用现有的燃油汽车发动机冷却液，存在着对电动汽车热管理系统的腐蚀，造成冷却液泄漏，影响电池安全；低温（70 ℃）泡沫特性差，冷却能力下降，造成电池温控失效；堵塞冷却液管路，造成热的不均匀性，降低电池的寿命等问题。因此，电动汽车冷却液更加关注冷却液的低温（70 ℃）泡沫特性、高低温稳定性、接触金属材料的防腐性能及与非金属材料的兼容性等。目前我国电动汽车冷却液的行业标准还为空白，电动汽车厂商（OEM）更多的是直接采用机动车发动机冷却液的标准（GB 29743标准）或增加了部分电动汽车的技术内容形成自己的 OEM 标准，如通用、日产、比亚迪等；同时国内外也均无统一的电动汽车冷却液性能规范，无法衡量电动汽车冷却液的质量，对质量控制指标存在缺失。在电动汽车冷却液与燃油汽车冷却液存在着工况、接触材料及安全性等巨大差异的情况下，有必要制定一个符合电动汽车要求的冷却液标准，以便为电动汽车的战略发展提供有力的技术支撑。 1 《电动汽车冷却液》标准的制定 电动汽车冷却液涉及到电动汽车的动力电池、电机和电控系统中的温控介质，用于冷板温控的电动汽车锂离子动力蓄电池、电机和控制器等系统的冷却。为了规范电动汽车冷却液标准，确保电动汽车领域用液需求，促进电动汽车冷却液健康发展，2019年中国石化润滑油有限公司正式牵头电动汽车及配套电池和冷却液等龙头企业，启动了电动汽车冷却液行业标准的起草工作。课题组收集了主流电动汽车冷却液 11个品牌的 19个样品，其中 4个国外品牌，7个国内品牌。浓缩液选取了 2 个产品，-25 号样品 2 个，-30 号样品1个，-35 号样品 5 个，-40 号样品 4 个，-45 号样品2 个及-50号样品 3个，涉及到长安汽车、北汽新能源、宇通、金龙、金旅、通用汽车、比亚迪、江淮汽车、广汽新能源、长城汽车、吉利汽车、奔驰及宝马等OEM 厂家，并对标准的关键指标进行了讨论：（1）安全方面主要涉及到金属试片的腐蚀和橡胶相容性；（2）温控精度方面涉及到高低温稳定性和消泡特性，直接影响到冷却液的热容和传热系数；（3）在电导率方面对采集到的19个样品开展电导率的测试，发现电导率在 1000 uS/cm-5500 uS/cm 之间，均为电的良导体，考虑到冷却液介质不直接与电池相接触，因此暂时不考虑增设此指标。 《电动汽车冷却液》标准是在参考《轻型汽车发动机冷却液》：ASTM D3306标准、《使用SCA的低硅重负荷发动机冷却液》：ASTM D4985标准、《重负荷全配方醇基发动机冷却液》：ASTM D6210标准以及《机动车发动机冷却液》：GB29743标准、《乙二醇型和丙二醇型发动机冷却液》：NB/SH/T0521标准、《汽车发动机冷却液安全使用技术条件》：JT225标准等的基础上，增加了适合电动汽车动力电池使用运行工况，设置电动汽车冷却液的关键性能等技术要求制定的 。2 《电动汽车冷却液》标准 《电动汽车冷却液》：NB/SH/T6047-2021 标准中包含有 1 个浓缩液和 6 个稀释液共 7 个产品，其主要技术要求见表2。

3 主要技术指标的说明 《电动汽车冷却液》：NB/SH/T6047-2021 标准适用于电动汽车的锂离子动力蓄电池、电机和控制器等的液冷板等非接触式温控系统，综合了电动汽车生产厂家及终端客户的实际需求，最后确定了浓缩液和冰点不同的-25号稀释液，-30号稀释液，-35号稀释液，-40 号稀释液，-45 号稀释液和-50 号稀释液共7个产品，旨在满足中国南方与北方不同温度的要求。下面将对《电动汽车冷却液》：NB/SH/T6047-2021标准中的主要技术指标逐一说明。3.1 外观 外观是考察电动汽车冷却液的生产指标，为无沉淀及悬浮物、清亮透明的液体，试验方法为目测。若产品有沉淀或者悬浮物说明有杂质或者添加剂未完全溶解，这将会直接影响到冷却液的导热性，同时关系到冷却液的温控能力，最终会影响动力电池的容量和使用性能。 3.2 颜色 颜色是冷却液的可区分性和指示能力指标，为有醒目颜色，试验方法目测。颜色在冷却液中主要起标识作用，防止使用者误加或者误食；此外若发生冷却液渗漏还能够起到检漏作用。 3.3 密度 密度是考察冷却液原材料的质量和加入量的指标之一，能指导冷却液的生产和包装过程。冷却液包含浓缩液，-25号电动汽车冷却液，-30号电动汽车冷却液，-35号电动汽车冷却液，-40号电动汽车冷却液，-45 号电动汽车冷却液和-50 号电动汽车 冷 却 液 ，其 密 度（20 ℃）依 次 为 1.108 g/cm3- 1.144 g/cm3，不小于1.050 g/cm3，不小于1.055 g/cm3， 不 小 于 1.060 g/cm3，不 小 于 1.065 g/cm3，不 小 于1.070 g/cm3和不小于1.076 g/cm3。试验方法采为《发动机冷却液及其浓缩液密度或相对密度测定法（密度计法）》：SH/T0068-2002方法。3.4 冰点 冰点是考察电动汽车冷却液中防冻剂的质量和加入量的指标之一，冰点直接关系到冷却液的防冻能力。冰点越低，冷却液的防冻能力越强，在寒冷条件下能保持自由流动，防止冻结后膨胀而涨裂电动汽车的热管理系统（冷却系统）。-25 号电动汽车冷却液，-30 号电动汽车冷却液，-35 号电动汽车冷却液，-40 号电动汽车冷却液，-45号电动汽车冷却液和-50号电动汽车冷却液的冰点分别为不高于-25 ℃，-30 ℃，-35 ℃，-40 ℃，-45 ℃和-50 ℃。测试方法为《发动机冷却液冰点测定法》：SH/T0090-1991（2000）方法。一般根据不同地区的最低气温来选用电动汽车冷却液，原则上选用的冷却液的冰点应比最低气温低5 ℃-10 ℃即可。3.5 沸点 沸点也是考察防冻剂的质量和加入量的指标之一，防冻剂加入量越大，沸点越高，当防冻剂与水的比例确定后，冷却液的沸点也基本确定。电动汽车冷却液的浓缩液，-25号电动汽车冷却液，-30号电动汽车冷却液，-35号电动汽车冷却液，-40号电动汽车冷却液，-45号电动汽车冷却液和-50 号电动汽车冷却液的沸点依次为不低于163.0 ℃ ，106.5 ℃ ，107.0 ℃ ，107.5 ℃ ，108.0 ℃ ，108.5 ℃和 109.0℃。测试方法为《发动机冷却液沸点测定法》：SH/T0089-1991方法。3.6 灰分 灰分是考察冷却液添加剂总添加量的指标，用于考察生产工艺的稳定性；灰分也可以鉴别电动汽车冷却液采用的添加剂类型。电动汽车冷却液浓缩液的灰分不大于2.5%质量分数；-25号电动汽车冷却液，-30号电动汽车冷却液，-35 号电动汽车冷却液的灰分均为不大于1.2%；-40号电动汽车冷却液，-45号电动汽车冷却液和-50号电动汽车冷却液的灰分均为不大于1.5%。灰分采用《发动机冷却液和防锈剂灰分含量测定法》：SH/T0067-1991方法测定。3.7 pH值 pH值是考察冷却液原材料质量和加入量的指标之一，其在合适的范围内才具有良好的缓蚀性能，过高或过低都将会影响到电动汽车冷却液的使用效果和寿命。-25 号电动汽车冷却液，-30 号电动汽车冷却液，-35 号电动汽车冷却液，-40 号电动汽车冷却液，-45 号电动汽车冷却液和-50 号电动汽车冷却液的 pH 值均为 7.5-11.0；浓缩液用水稀释 50% 体积分数后的pH值也为7.5-11.0。pH 值采用《发动机防冻剂，防锈剂和冷却液pH值测定法》：SH/T0069-1991方法进行测定。3.8 氯含量 氯含量是考察电动汽车冷却液原料纯净度的指标。氯会导致金属产生腐蚀，易引起金属铝的点蚀，严重时造成铝穿孔导致冷却液渗漏。电动汽车冷却液的氯含量指标定为不大于25 μg/g，测试方法为《发动机冷却液氯含量测定法》：SH/T0621-1995方法。 3.9 水分 水分是考察电动汽车冷却液浓缩液中防冻剂的质量和加入量的重要指标之一，表示溶解添加剂的外加水分和酸碱中和产生的水的量。浓缩液的水分为不大于5.0%质量分数，用《发动机冷却液的浓缩液中水含量测定法（卡尔·费休法）》：SH/T0086-1991方法进行测定。3.10 储备碱度 储备碱度是考察冷却液缓蚀剂的质量和加入量，是体现冷却液保持缓蚀性能的重要指标。电动汽车冷却液的储备碱度为报告值，用《发动机冷却液和防锈剂储备碱度测定法》：SH/T0091-1991（2000）方法进行测定。 3.11 对汽车有机涂料的影响 对汽车有机涂料的影响是考察电动汽车冷却液中的成分对车漆等部件的影响，解决冷却液在加注过程中可能会飞溅到车漆而导致外观损伤的问题，是体现冷却液与车漆兼容性的重要指标。电动汽车冷却液对汽车有机涂料应为无影响，试验方法为《冷却系统化学溶液对汽车上有机涂料影响的试验方法》：SH/T0084-2001方法。 3.12 泡沫特性 泡沫特性是考察电动汽车冷却液添加剂的加入量及空气释放性的指标，同时也考察生产工艺的稳定性。电动汽车冷却液的泡沫体积为不大于150 mL，泡沫消失时间为不大于 5.0 s，用《发动机冷却液泡沫倾向测定法（玻璃器皿法）》：SH/T0066-2002方法进行测定。测试温度由88 ℃±1 ℃更改为70 ℃±1 ℃，主要原因为电动汽车冷却液的最高温度不大于 70 ℃。泡沫体积及泡沫消失时间直接关系到电动汽车冷却液的热传递性能，直接影响到电动汽车动力电池、电机及电控系统的温控效果。3.13 玻璃器皿腐蚀试验 玻璃器皿腐蚀试验是考察冷却液对电动汽车热管理系统（冷却系统）金属部件的腐蚀情况，反映的是冷却液配方体系的配伍性能。电动汽车热管理系统中主要涉及的金属材料有紫铜、黄铜、钢及铸铝等，并根据实际情况增加了不同型号的铝材考察。电动汽车冷却液玻璃器皿腐蚀试验（88 ℃±2 ℃，336 h±2 h）方法是《发动机冷却液腐蚀测定法（玻璃器皿法）》：SH/T0085-1991方法，紫铜片，黄铜片，钢片，铸铝片，3系铝片，4系铝片及6系铝片的质量变化依次为±5 mg，±5 mg，±5 mg，±10 mg，±10 mg，±10 mg及±10 mg。作为安全性能指标之一，相对于发动机冷却液，电动汽车冷却液玻璃器皿腐蚀试验在指标值上加严了50%及以上。 3.14 稳定性试验稳定性试验是考察电动汽车冷却液在高温（70 ℃，8 h）和低温（-15 ℃，8 h）下的稳定性。若冷却液在高低温下产生结晶性沉淀，将会堵塞电动汽车电池组中的微小流体通道，导致电池散热不足和温度不均，直接影响动力电池的使用性能和使用寿命。增加冷却液的高低温稳定性指标是适应电动汽车冷却液的双工况工作要求，尤其是动力电池间接采用电动汽车冷却液为动力电池加热或冷却时，其温度一般在30 ℃左右。电动汽车冷却液的低温稳定性和高温稳定性指标均为无结晶性沉淀，试验方法为《汽车风窗玻璃清洗液》：GB/T23436-2009方法附录H。 3.15 橡胶相容性试验 橡胶相容性试验是考察电动汽车冷却液与电动汽车热管理系统（冷却系统）常用密封橡胶材料的兼容性指标，是电动汽车安全性能的重要内容。若冷却液与橡胶的相容性差将会导致冷却液渗漏，有发生短路的风险。电动汽车冷却液与橡胶的相容性指标值为： （1）三元乙丙橡胶（EPDM）的体积变化率为±20%，硬度变化为±15 IRHD，断裂拉伸强度变化率为±20%，扯断伸长率为±60%；（2）硅橡胶的体积变化率为±10%，硬度变化为±15 IRHD，断裂拉伸强度变化率为±20%，扯断伸长率为±20%。橡胶相容性的试验方法为《硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法》：GB/T1690-2010方法。 4 结束语 《电动汽车冷却液》：NB/SH/T6047-2021 标准已于2021年11月16日颁布。电动汽车冷却液标准的颁布不仅可以为电动汽车行业的健康发展提供必要的标准支撑，还可以对国内电动汽车冷却液的质量进行规范，便于电动汽车冷却液的生产与选用，促进电动汽车冷却液的有序发展。2021 年，新能源汽车的产销量达到了 354.5 万辆左右，若按照液态冷却方式占 55%，每辆车加注冷却液 10 kg 估算，电动汽车冷却液新增市场容量约为20 kt。电动汽车冷却液标准的颁布可以最大限度地确保电动汽车动力电池的使用寿命，也必将产生明显的经济效益和社会效益。摘自：