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電池知識

PACK動力電池包散熱究竟是為什么?有哪些方式呢?

來源:未知    2019-03-28 19:59    點擊量:

動力電池包散熱究竟是為什么? 

1、動力電池包作為電動汽車上裝載有電池組的主要儲能原件,是電動汽車的關(guān)鍵部件,直接影響到電動汽車的良好性能。鋰離子動力電池因其優(yōu)異的功率輸出特性和長壽命等優(yōu)點,目前在電動汽車電池包中得到良好應(yīng)用。但鋰離子動力電池的性能對溫度變化較敏感,特別是車輛上運用的大容量、高功率鋰離子電池。車輛上的裝載空間有限,車輛所需電池數(shù)目較大,電池均為緊密排列連接。當(dāng)車輛在高速、低速、加速、減速等交替變換的不同行駛狀況下運行時,電池會以不同倍率放電,以不同生熱速率產(chǎn)生大量熱量,加上時間累積以及空間影響會產(chǎn)生不均勻熱量聚集,從而導(dǎo)致電池組運行環(huán)境溫度復(fù)雜多變。
 

 

 

2、動力電池包發(fā)熱電池體的密集擺放,中間區(qū)域必然熱量聚集較多,邊緣區(qū)域較少,增加了電池包中各單位之間的溫度不均衡,加劇各電池模塊、單體內(nèi)阻和容量不一致性。如果長時間積累,會造成部分電池過充電和過放電,進(jìn)而影響電池的壽命與性能,并造成安全隱患。如果電動汽車電池組在高溫下得不到及時通風(fēng)散熱,將會導(dǎo)致電池組系統(tǒng)溫度過高或溫度分布不均勻,最終將降低電池充放電循環(huán)效率,影響電池的功率和能量發(fā)揮,嚴(yán)重時還將導(dǎo)致熱失控,影響電池的安全性與可靠性。因此為了使電池包發(fā)揮最佳性能和壽命,需要優(yōu)化電池包的結(jié)構(gòu),對它進(jìn)行熱管理,增加散熱設(shè)施,控制電池運行的溫度環(huán)境。

 

鋰電池PACK實例

 

 

 

 

 

動力電池包散熱方式有那些?

 

1、動力電池包散熱采用主動方式還是被動方式,效率會有很大的差別。被動系統(tǒng)所要求的成本比較低,采取的措施也較簡單。主動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜一些,且需要更大的附加功率,但它的熱管理更加有效。

 

2、動力電池包散熱解決方案也會考慮成本、質(zhì)量、空間的布置,早期在溫和氣候條件下使用的車輛都是沒有使用冷卻單元并且只依靠空氣來散熱電池(如圖1)。目前生產(chǎn)的一些混合電動汽車也是使用環(huán)境空氣來被動冷卻電池包。盡管空氣是經(jīng)過汽車空調(diào)(交流)冷卻的,但它仍然被認(rèn)為是一種被動系統(tǒng)。

 

3、動力電池包散熱根據(jù)傳熱學(xué)理論,固體與氣體,固體與液體接觸產(chǎn)生傳熱現(xiàn)象。氣體的對流換熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有液體的對流換熱系數(shù)大,液體與固體接觸對流換熱能力更強(qiáng)。傳熱系數(shù)越大所交換的熱量越多,換熱效果就越明顯,因此要選擇合適的傳熱介質(zhì)。各種傳熱現(xiàn)象的傳熱系數(shù)范圍如下圖所示。

 

 

 

4、使用液體作為傳熱介質(zhì),需要考慮導(dǎo)電性,安全性,還有密封性,以及以后的維修方便性,還要考慮到電池包整體的重量。相變材料(例如液體石蠟)的傳熱蓄熱能力最強(qiáng),且在達(dá)到相變溫度時可以大量吸熱或放熱而不升溫降溫。通過選用合適的相變材料能夠使電池單體有效地達(dá)到熱平衡,很好控制電池溫度上下限,避免產(chǎn)生溫度過高過低現(xiàn)象。但是考慮到材料的研發(fā)、制造成本等問題,目前最有效最常用的還是采用空氣作為散熱介質(zhì)。目前多采用的空冷主要有并行和串行兩種通風(fēng)方式,如下圖所示。這就要求在鋰電池包結(jié)構(gòu)上設(shè)計相應(yīng)導(dǎo)風(fēng)口,盡量減小空氣流動阻力,保證氣流的均勻性。

 

 

 

5、動力電池包散熱串行情況下一般是使空氣從電池包一側(cè)流往另外一側(cè),從而達(dá)到帶走熱量的效果。因此氣流會將先流過的地方的熱量帶到后流過的地方,從而導(dǎo)致兩處溫度不一致且溫差較大。而并行情況下模塊間空氣都是直立上升氣流。這樣能夠有效地分配氣流,從而保證電池包中各處散熱一致。

 

6、在設(shè)計動力電池包散熱系統(tǒng)時,應(yīng)該綜合考慮各因素,可以看出:

 

1)采用氣體(空氣)作為傳熱介質(zhì)的主要優(yōu)點有:結(jié)構(gòu)簡單,質(zhì)量輕,有害氣體產(chǎn)生時能有效通風(fēng),成本較低;不足之處在于:與電池壁面之間換熱系數(shù)低,冷卻速度慢,效率低。目前應(yīng)用較多。

 

2)采用液體作為傳熱介質(zhì)的主要優(yōu)點有:12V便攜式儲能電池組與電池壁面之間換熱系數(shù)高,冷卻速度快;不足之處在于:密封性要求高,質(zhì)量相對較大,維修和保養(yǎng)復(fù)雜,需要水套、換熱器等部件,結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。

 

3)采用相變材料的主要優(yōu)點有:與電池壁面之間換熱系數(shù)高,冷卻速度快,效率高,還能一定程度上控制溫度上下限;不足之處在于:研發(fā)制造成本高。

 

 

 

動力電池包散熱設(shè)計結(jié)論 

 

1、動力電池包散熱應(yīng)該根據(jù)電池的熱特性來選擇冷卻系統(tǒng);某些電動汽車電池包,在車輛經(jīng)常使用溫度環(huán)境下,不需要進(jìn)行散熱就能夠正常運行,有些車輛例如純電動汽車需要冷卻和加熱兩個系統(tǒng)才能保證正常運行。

 

2、動力電池包散熱還應(yīng)根據(jù)具體強(qiáng)度需求來選擇何種散熱方式,例如PACK鋰電池并聯(lián)混合電動汽車或一些由電源協(xié)助的混合動力汽車,空冷散熱系統(tǒng)就足夠了,對于純電動汽車和串聯(lián)混合電動汽車,產(chǎn)生的熱量較多,可能需要更有效地液體冷卻系統(tǒng)。另外還應(yīng)該考慮車輛的構(gòu)造,以及成本需求等合理地選取主被動方式,充分利用車輛自身資源。

 

3、總之所設(shè)計的動力電池包散熱系統(tǒng)需要滿足結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)可靠耐用、低成本以及低寄生功率等特性。

 

PACK動力電池包散熱方式一般都是多種多樣靈活運用,根據(jù)不同的動力電池包散熱要求不同,對應(yīng)的PACK動力電池包散熱方式也有所不同。

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