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“冷却,加热,保温,缺一不可。”
随着电动汽车的普及,其环境温度要求越来越高,虽然动力电池一般在20-30度的范围内工作最佳,但其面临的环境往往是-30度到70度甚至更加严苛。这个时候,电池的热管理系统就发挥了关键作用,它是保证动力电池使用性能,安全性以及寿命的关键技术之一。
动力电池热管理主要分为三个内容:
在电池温度较高时进行冷却,防止电池热失控;
在电池温度较低时进行加热,确保电池低温下的充电性能和安全性;
对电池系统进行保温,提高电池热管理效率,减少热管理能耗。
也就是既要经得起火炼,又要耐得住严寒,动力电池需要上演“冰与火之歌”。
冷却
电池温度过高,会造成电池循环寿命降低,同时电池在充放电过程中也会发热,存在失火等风险。此外,电芯之间的温差也会使电池一致性降低。因此,电池冷却系统对于保证电池寿命,安全性和一致性至关重要。
按照冷却方式划分,可以将冷却系统分为被动冷却系统,即直接将电池热量排出车体;主动冷却系统,即通常具有一个内循环系统,根据电池内部温度进行主动调节。
根据传热介质不同,冷却系统还可以分为:自然冷却,强制风冷,液冷和制冷剂直冷。
目前业界大部分采用的是液冷/主动冷却系统。下图为特斯拉ModelS液冷系统:
加热
动力电池(锂离子电池)在低温下充电时,锂离子容易在负极片上形成锂结晶(析锂),锂结晶沉积会刺穿隔膜造成电池内短路。为了避免这样的风险出现,需要对动力电池低温下进行加热。
目前常见的加热方法有:电加热膜加热,PTC加热和液热。以后文章我们会专门讨论,这里不详说。
下图为一锂离子电池加热膜。
保温
很容易理解,电池在低温时需要加热,在高温时需要冷却,那么高效的保温系统是不可或缺的。
电池保温设计主要针对的是保温材料的选择以及对模组/箱体的隔热设计。这里不再具体展开。
最后,需要指出的是,仿真分析在动力电池热管理中发挥着重要的作用。仿真分析能够减少开发周期,降低开发成本,为实物设计提供参考。目前动力电池热管理仿真已经比较成熟,可对电芯产热,温升,以及电池热场流场,相变等进行很好的预测。下图为一例子。
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