不懼嚴寒酷暑？高效的熱管理系統(tǒng)為電池工作保駕護航
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-06 21:36
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低溫續(xù)航下方案–高效熱管理
耐低溫電池的研發(fā)是解決冬季續(xù)航下降較為根本的辦法，主要方向有改性電解液與全天候電池，但當前仍在實驗階段。
采用混合鋰鹽、溶劑與添加劑獲得綜合性能較強的低溫電解液是獲得低溫鋰電池的重要手段。電解液是電池抗低溫能力最重要的因素之一，當前研究表明將不同的鋰鹽、溶劑與添加劑這三種組分按特定比例混合可以達到綜合最優(yōu)的效果。例如在溶劑方面，傳統(tǒng)溶劑EC介電常數(shù)高、成膜性好，但因其熔點高、黏度大，而低熔點(-48℃)的PC溶劑可有效地避免電解液體系在低溫下發(fā)生凝固，調(diào)整兩者配比可降低體系粘度，獲得綜合兩者優(yōu)點的抗低溫溶劑。
全天候電池是未來電池的可選項。在2016年美國ECPower公司和賓夕法尼亞州立大學的華人團隊就已經(jīng)研發(fā)出可在低溫條件下使用的鋰離子電池，通過在內(nèi)部加入電熱鎳箔經(jīng)過電路設(shè)計實現(xiàn)低溫自動加熱，可在25秒內(nèi)將電池溫度從-20℃升至0℃并維持穩(wěn)定。這種全氣候電池為方形，添加成本每千瓦時少于1元，附加重量不超越1.5%，-20℃下的容量衰減僅為普通電池的一半。寶馬18年1月宣布與ECPower簽訂專利協(xié)議，極有可能將該項技術(shù)應(yīng)用于未來的寶馬純電動車型。我們認為帶自加熱功能的全天候電池是未來的可選項之一，但可靠性、加熱耗電量與電路控制仍是需要解決的問題。
高效熱管理是當前最可行的冬季續(xù)航管理方案
低溫下電池加熱系統(tǒng)的設(shè)計是一項復雜工程。若僅從最大續(xù)航角度考慮，電池加熱系統(tǒng)為保持電池在特定溫度下的自身能耗存在最優(yōu)解，但從電池安全角度，在0℃以下均需要采取電池加熱系統(tǒng)以盡量延長電池壽命。此外采用電池加熱勢必需要在電池組中填入保溫材料，但這與高溫熱管理的需求背道而馳，因此熱管理系統(tǒng)的設(shè)計需要綜合考慮各類因素。
電池加熱系統(tǒng)有多種方案，液冷加熱系統(tǒng)可行性最高。目前電池加熱系統(tǒng)有PTC加熱、電熱膜加熱、相變加熱、冷卻液加熱、熱管加熱、交流加熱等多種實現(xiàn)方式。特斯拉2017年底在OTA系統(tǒng)中升級了電池預熱功能，其專利中顯示采取了多種加熱策略，可以在不同工作狀態(tài)、不同加熱媒介、不同熱量來源下進行全天候電池熱管理。但從其拆解圖看，主要的加熱方法還是使用PTC加熱冷卻液，這也是目前的最合邏輯的選擇，可以同時解決高低溫熱管理的矛盾，同時改造較為便利，僅需要在高溫液冷熱管理基礎(chǔ)上增加熱源即可。
已有眾多車型裝備低溫熱管理系統(tǒng)，電池液冷加熱系統(tǒng)成主打賣點。目前大多數(shù)新能源汽車都已裝備電池加熱系統(tǒng)，但基于PTC的暖風加熱系統(tǒng)效率較低。除特斯拉以外，威馬EX5、傳祺GE3以及銷量前十的車型中裝備液冷系統(tǒng)的車型均裝備了基于電池冷卻液加熱系統(tǒng)，已經(jīng)成為重要的產(chǎn)品賣點，隨液冷系統(tǒng)滲透率的提升，冷卻液加熱功能也將持續(xù)滲透。
耐低溫電池的研發(fā)是解決冬季續(xù)航下降較為根本的辦法，主要方向有改性電解液與全天候電池，但當前仍在實驗階段。
采用混合鋰鹽、溶劑與添加劑獲得綜合性能較強的低溫電解液是獲得低溫鋰電池的重要手段。電解液是電池抗低溫能力最重要的因素之一，當前研究表明將不同的鋰鹽、溶劑與添加劑這三種組分按特定比例混合可以達到綜合最優(yōu)的效果。例如在溶劑方面，傳統(tǒng)溶劑EC介電常數(shù)高、成膜性好，但因其熔點高、黏度大，而低熔點(-48℃)的PC溶劑可有效地避免電解液體系在低溫下發(fā)生凝固，調(diào)整兩者配比可降低體系粘度，獲得綜合兩者優(yōu)點的抗低溫溶劑。
全天候電池是未來電池的可選項。在2016年美國ECPower公司和賓夕法尼亞州立大學的華人團隊就已經(jīng)研發(fā)出可在低溫條件下使用的鋰離子電池，通過在內(nèi)部加入電熱鎳箔經(jīng)過電路設(shè)計實現(xiàn)低溫自動加熱，可在25秒內(nèi)將電池溫度從-20℃升至0℃并維持穩(wěn)定。這種全氣候電池為方形，添加成本每千瓦時少于1元，附加重量不超越1.5%，-20℃下的容量衰減僅為普通電池的一半。寶馬18年1月宣布與ECPower簽訂專利協(xié)議，極有可能將該項技術(shù)應(yīng)用于未來的寶馬純電動車型。我們認為帶自加熱功能的全天候電池是未來的可選項之一，但可靠性、加熱耗電量與電路控制仍是需要解決的問題。
高效熱管理是當前最可行的冬季續(xù)航管理方案
低溫下電池加熱系統(tǒng)的設(shè)計是一項復雜工程。若僅從最大續(xù)航角度考慮，電池加熱系統(tǒng)為保持電池在特定溫度下的自身能耗存在最優(yōu)解，但從電池安全角度，在0℃以下均需要采取電池加熱系統(tǒng)以盡量延長電池壽命。此外采用電池加熱勢必需要在電池組中填入保溫材料，但這與高溫熱管理的需求背道而馳，因此熱管理系統(tǒng)的設(shè)計需要綜合考慮各類因素。
電池加熱系統(tǒng)有多種方案，液冷加熱系統(tǒng)可行性最高。目前電池加熱系統(tǒng)有PTC加熱、電熱膜加熱、相變加熱、冷卻液加熱、熱管加熱、交流加熱等多種實現(xiàn)方式。特斯拉2017年底在OTA系統(tǒng)中升級了電池預熱功能，其專利中顯示采取了多種加熱策略，可以在不同工作狀態(tài)、不同加熱媒介、不同熱量來源下進行全天候電池熱管理。但從其拆解圖看，主要的加熱方法還是使用PTC加熱冷卻液，這也是目前的最合邏輯的選擇，可以同時解決高低溫熱管理的矛盾，同時改造較為便利，僅需要在高溫液冷熱管理基礎(chǔ)上增加熱源即可。
已有眾多車型裝備低溫熱管理系統(tǒng)，電池液冷加熱系統(tǒng)成主打賣點。目前大多數(shù)新能源汽車都已裝備電池加熱系統(tǒng)，但基于PTC的暖風加熱系統(tǒng)效率較低。除特斯拉以外，威馬EX5、傳祺GE3以及銷量前十的車型中裝備液冷系統(tǒng)的車型均裝備了基于電池冷卻液加熱系統(tǒng)，已經(jīng)成為重要的產(chǎn)品賣點，隨液冷系統(tǒng)滲透率的提升，冷卻液加熱功能也將持續(xù)滲透。
