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2、热管理开发流程
设计性能良好的电池组热管理系统,要采用系统化的设计方法。电池组热管理系统设计的过程包括如下7个步骤:
04设计过程中的关键技术
1、确定电池工作最优工作温度范围
由于气候和车辆运行条件对电池影响很大,所以设计BTMS时需要确定电池组最优的工作温度范围。目前电动汽车用电池主要有铅酸电池、氢镍电池和锂离子电池。
1)铅酸电池
经研究发现,铅酸电池的寿命随温度增加线性减少,充电效率却线性增加,随着电池温度的降低充电接受能力下降,特别是0℃以下;模块间的温度梯度减少了整个电池组的容量,推荐保持电池组内温度的均匀分布和控制现有铅酸电池温度在35~40℃之间。效率和最大运行功率在-26~65℃范围内增加。
2)氢镍电池
当温度超过50℃时,电池充电效率和电池寿命都会大大衰减,在低温状态下,电池的放电能力也比正常温度小得多。下图是某80Ah氢镍电池不同温度下电池放电效率图,由图中可以看出,在温度高于40℃或者温度低于0℃时,电池的放电效率显著降低。如果仅根据这一限制,此电池的工作运行范围应该在0~40℃之间。
3)锂离子电池
与氢镍电池、铅酸电池相比,能量密度更高,导致生热更多,所以对散热要求更高。锂离子电池最佳工作温度在-20~75℃之间。
铅酸电池、氢镍电池、锂离子电池热管理的必要性取决于各自的生热率、能量效率和性能对温度的敏感性。氢镍电池在高温>40℃)时生热最多、效率最低并且易于发生热失控事故。因此,氢镍电池很需要热管理,很多对氢镍电池进行液体冷却的努力也突出了这一点。
2、电池热场计算及温度预测
电池不是热的良导体,电池表面温度分布不能充分说明电池内部的热状态,通过数学模型计算电池内部的温度场,预测电池的热行为,对于设计电池组热管理系统是不可或缺的环节。通常使用如下公式进行计算:
式中:
a、T是温度;
b、ρ是平均密度;
c、Cp是电池比热;
d、kx、ky、kz分别是电池在x、y、z方向上的热导率;
e、q是单位体积生热速率。
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