电动汽车动力电池热管理技术-中科院理化所
动力电池的热管理系统及热管理方法 专利
动力电池的热管理系统及热管理方法专利
随着电动汽车的普及,动力电池作为电动汽车的能源储存装置,其热管理系统及热管理方法显得尤为重要。为了保障动力电池的安全性、稳定性和寿命,研究人员不断探索和创新动力电池的热管理系统及热管理方法。本专利旨在通过优化热管理系统和方法,有效控制动力电池的温度,保证其在各种工况下都能正常运行,并延长动力电池的使用寿命。
一、动力电池的热管理系统
本专利的核心在于设计一种热管理系统,该系统包括温度传感器、冷却装置、加热装置、控制模块等组件。其中,温度传感器用于实时监测动力电池的温度变化,当温度超出设定范围时,控制模块将启动冷却装置或加热装置进行热管理。冷却装置采用先进的液冷技术,能够迅速将动力电池的温度降低至安全范围;而加热装置则能够在寒冷环境下保持动力电池的适宜温度。
二、热管理方法
除了热管理系统的设计,本专利还提出了一种热管理方法,该方法针对不同的工况进行温度控制。具体而言,当电动汽车处于高温环境下行驶时,控制模块会及时启动冷却装置,通过散热片、冷却剂等方式
将动力电池快速降温;而在寒冷环境下行驶时,加热装置则会根据温
度传感器的反馈进行自动调节,保持动力电池的适宜温度。通过这种
巧妙的热管理方法,可以有效避免动力电池在特殊环境下受损。
三、本专利的创新之处
本专利的热管理系统及热管理方法相较于现有技术具有以下几点创新
之处:
1. 多元化的热管理方式:本系统结合了冷却装置和加热装置两种方式,能够根据不同的工况灵活调控,并且能够实现快速响应,确保动力电
池的安全性。
2. 智能化的控制模块:控制模块采用先进的智能化技术,能够根据温
2023电动汽车动力蓄电池热管理系统 第2部分:液冷系统
电动汽车动力蓄电池热管理系统 第2部分:液冷系统
1 范围
本文件规定了电动汽车动力蓄电池(以下简称“电池”)液冷系统的技术要求及试验方法。 本文件适用于电动汽车动力蓄电池液冷系统及其零部件。 本文件不适用于电动汽车动力蓄电池直冷系统。 2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 2408—2008 塑料 燃烧性能的测定 水平法和垂直法
GB/T 2828.1—2012 计数抽样检验程序 第1部分:按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划 GB 38031—2020 电动汽车用动力蓄电池安全要求 QC/T 468—2010 汽车散热器 3 术语和定义
QC/T XXXX.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
液冷系统 cooling system
采用冷却液(比如乙二醇的水溶液)作为换热介质对电池系统进行冷却的系统,一般由液冷板、液冷管、接头、进出口总成等零部件组成,如图1所示。
图1 液冷系统示意图
液冷板 cooling plate
利用换热介质对电池进行冷却或加热的结构件。
液冷管 cooling pipeline
引导换热介质流向液冷板的管路。
接头 jointer
连接液冷板与液冷管的部件。
液冷管
进出水口总成
液冷板
接头
流阻flow resistance
冷却液流过液冷系统受到的阻力损失。
4 要求
一般要求
4.1.1 外观
液冷系统各零部件外观应整洁、无损伤,标识应清晰。
纯电动汽车的动力电池热管理技术
纯电动汽车的动力电池热管理技术
随着全球对环境污染和气候变化的关注度不断增加,纯电动汽车正逐渐成为替代传统燃油汽车的主要选择。而作为纯电动汽车的核心部件,动力电池的热管理技术至关重要。本文将探讨纯电动汽车动力电池热管理技术的重要性及其当前的技术发展。
一、纯电动汽车动力电池的热管理技术的重要性
动力电池是纯电动汽车的核心动力来源,其性能直接影响到汽车的续航里程、功率输出和安全性。然而,动力电池的工作过程中会产生大量的热量,如果不能有效地管理和控制这些热量,将会对电池的性能和寿命产生严重的影响。因此,热管理技术对于纯电动汽车的整体性能至关重要。
二、纯电动汽车动力电池热管理技术的主要挑战
纯电动汽车动力电池热管理技术主要面临以下挑战:
1. 高温问题:动力电池工作时容易产生大量的热量,如果不能及时降低电池的温度,会导致电池性能下降、寿命缩短甚至损坏。
2. 低温问题:在严寒的环境下,动力电池的性能也会受到影响。低温下,电池的放电能力和充电速度都会降低,影响纯电动汽车的续航里程和使用寿命。
3. 温度均衡问题:动力电池由多个独立单体组成,不同单体之间的温度分布不均可能导致电池性能不一致,进而影响整个电池组的性能和寿命。
4. 安全问题:如果动力电池过热,会引发热失控甚至起火的风险。因此,如何有效地管理电池的温度,保证其在安全范围内运行,成为一项至关重要的任务。
三、纯电动汽车动力电池热管理技术的解决方案
为了有效地管理电池的温度,纯电动汽车采用了一系列热管理技术,包括以下几个方面:
1. 电池散热系统:通过散热系统将电池周围的热量排出,保持电池组的温度在安全范围内。传统的散热系统通常采用风扇和散热片,近年来也出现了一些新的散热技术,如热管和液冷系统,可以更有效地降低电池温度。
新能源汽车动力电池热管理技术研究
新能源汽车动力电池热管理技术研究
随着全球能源危机的日益加剧以及生态环境问题的不断凸显,
新能源产业在全球范围内的发展愈加重要。而伴随着新能源汽车
的普及,动力电池热管理技术已经成为一个备受关注的热点问题。本文将从几个方面探讨新能源汽车动力电池的热管理技术。
一、新能源汽车动力电池热管理技术的需求
新能源汽车的崛起被认为是未来汽车产业的重要发展方向,而
动力电池正是其核心部件。动力电池的温度波动对其性能、寿命、安全性等方面都有着至关重要的影响。因此,对动力电池的热管
理技术的研究和应用显得尤为重要。
新能源汽车动力电池热管理技术有几方面的需求。一方面,对
于目前主流的锂离子电池,其官方工作温度一般为-20℃至60℃,
因此需要有一套针对不同环境温度的动力电池热管理系统,使其
能够在不同温度下正常运行,并尽量保持在最佳工作温度范围内。另一方面,动力电池的充电、放电等过程会产生大量的热量,需
要有适当的热管理系统来有效地散热,避免热量损失和温度升高
带来的负面影响。
二、新能源汽车动力电池热管理技术的研究与发展
为了解决动力电池热管理问题,研究人员开展了大量的研究和
实践。目前已有多种热管理技术应用于新能源汽车动力电池中,
其中最常见的有:
1. 主动液冷系统
主动液冷系统是一种由电池管理系统控制的液体循环系统。它
通过电池包内部的冷却液流动来控制电池的温度。主动液冷系统
不仅可以控制温度,还可以帮助提高续航里程,因为电池在较低
温度下的性能更佳。纯电动车的主动液冷系统是由电池管理系统、循环水泵、散热器、冷凝器等部件组合而成。
2. 热泵系统
电动汽车动力电池热管理技术 中科院理化所
背景—电池热管理技术现状—空气
•车外空气冷却
•车厢内的排风冷却
•空调制冷后的空气冷却
本田,NISSAN LEAF, Audi
背景—电池热管理技术现状—空气
Insight
Prius
背景—电池热管理技术现状—液体
背景—电池热管理技术现状—液体
雪佛兰VOLT
背景—电池热管理技术现状—液体
Audi A3
ESvuappeor-rhaet4oa5rtien/vg4atp5eom工rapte况inragt下tuerme,(p℃er系)atu统re (总℃)制冷量增-01..9加439 23.-050..57468%,C91O..9268P增加121.了5.79 21.-22031.0.%113;
-21.58 1.37
--
1.09
--
2.31
--
--
Theoretical compression power (kW)
1.04 1.24 1.43 1.75 0.45
0.86
Actual input power (kW)
2.44 2.46 3.13 3.19 1.48
2.04
Compression efficiency (%)
Pump
exchanger
Outside heat
Fan
d Relative humidity v Velocity m Flow rate
基于热管技术的动力电池热管理系统研究现状及展望
车辆工程技术
55车辆技术
本文首先介绍锂离子电池产热机理以及温度对其性能的影响,说明电池组热管理的重要性及热管理系统设计要求;对常见热管理技术手段进行阐述,指出热管技术的优势并重点介绍基于热管技术的电池热管理研究;最后,提出基于热管技术的电池热管理研究中需解决的关键问题及研究展望。
1 锂离子电池产热特性与热管理需求
锂离子能在电池中的充放电化学过程它在本质上就是电池离子能的迁移与放电化学反应,在电池层状金属结构中的碳纤维材料和层状金属的氢氧化物之间内嵌并从人和人中脱出,正常电池工作温度条件下,电池内生产热能的来源主要包括欧姆热、电化学反应热和放电极化热。随着工作温度不断升高,电池内部可能发生的是一系列的充放热和电化学反应,包括正极电解液的热分解、负极热分解、负极与外部电解液的放热反应、膜层的分解和热反应等,过高的工作温度变化可能直接导致放电热反应失控,不同工作温度下检测电池内部可能发生的不同反应。温度也会引起您的电化学性能迅速变化,从而直接影响您的电池正常使用性能与电池寿命。有研究结果表明,索尼18650锂电池在25c每次循环持续工作800次后电池容量寿命损失速度为30%,而在50c每次循环持续工作800次后电池容量寿命损失速度接近60%,过高或过低的电池存储空间温度也可能会直接导致索尼锂电池持续容量寿命衰减,加速电池老化。
2 电池加热技术
外部直接液体空气加热主要加温方法一般包括直接液体内部空气直接高温加热方式加温法和直接外部液体储能电池直接加热法。前者主要方法采用外部液体空气电热丝直接进入加热后的液体内部空气进而直接高温加热外部液体储能电池,温度均匀但直接加热期间能耗较高。后者通过小型高压液体加热小型电池组主流道内的大量高压液体进而给整个小型电池组液体进行高压加热,结构较复杂且高压液体沿着升温方向移动时的速度较慢。除上述基于小型高压对流的多种高压液体加热对流管理保温方式,亦可能是通过一种采用基于一个ptc或小型对流大功率膜的对流高压加热保温管理膜直接对整个小型电池组的液体表面进行液体加热进行小型对流管理加热,该对流管理加热方式对整个小型电池组的对流散热管理性能只会造成一个——不确定量的直接影响。此外,也有人发现了还有一种方法利用基于一个pcm小型对流高压吸热/小型高压对流放热管理工作室的原理对其在整个电池内部液体进行热处理固化保温管理的多种加热方法。
动力电池系统的热管理技术研究
动力电池系统的热管理技术研究
动力电池作为新能源汽车储能媒介,其发展速度非常快,成为了新能源汽车的
核心组成部分。然而,动力电池系统在长时间运行过程中会产生大量的热量,导致系统损耗增加,甚至影响到电动汽车的正常行驶。因此,热管理技术研究对于提高动力电池使用寿命、保障电池系统运行稳定性具有重要的意义。
一、动力电池热管理技术的研究现状
1. 温度控制
动力电池的正常使用温度应该在-20℃~60℃之间,若温度过高或过低会导致电
池系统寿命的缩短、损坏的加剧和安全隐患。因此,将电池温度限制在正常范围内是研究的一项关键任务。
2.散热设计
散热系统设计是解决电池系统温度控制问题的一个可行的保障措施。有效的散
热系统能够降低电池系统温度,从而提高电池的使用寿命。
二、动力电池热管理技术的研究内容
1. 热传导机理
电池中的热传导机理包括纵向热传导、横向热传导和辐射传热机理。对于不同
种类的电池系统,应该采用不同的散热机制。
2. 热稳定性
电池系统在低温环境下使用会导致电化学反应效率降低和储存能力减少。因此,要求电池在低温环境下具备一定的热稳定性,避免电池内部的负极失效导致整个电池系统崩溃。
3.功率生成量和散热设计
电池系统的散热设计与功率生成量之间有着密切的联系。一般情况下,功率生成量越高,需要散热的能力也就越强。
三、电池系统热管理技术的应用
1. 整个电池包散热设计
整个电池包散热设计应该考虑多种因素,如散热面积、设计和空间调度等。其中,散热面积是影响散热效率的重要因素,因此,应该根据实际情况对散热面积进行优化。
2. 冷却系统设计
电动汽车动力蓄电池热管理与安全系统
电动汽车动力蓄电池热管理与安全系统
随着环保意识的增强和汽车工业的发展,电动汽车正逐渐成为人们关注的焦点。作为电动汽车的核心部件,动力蓄电池在其中扮演着至关重要的角色。然而,由于动力蓄电池的特性,长时间的使用和充放电过程中会产生大量的热量,这对电池的性能和寿命构成了巨大的威胁。因此,电动汽车动力蓄电池热管理与安全系统的研发与应用成为迫切的课题。
1. 动力蓄电池热管理技术
动力蓄电池的温度对其性能和使用寿命有着重要的影响。过高的温度会导致电池的容量降低,功率输出减弱甚至引发热失控事故,而过低的温度则会使电池的放电性能降低。因此,动力蓄电池热管理技术的研究至关重要。
一种常见的动力蓄电池热管理技术是利用冷却剂对电池进行冷却。这种技术通常采用热交换器在电池组和车辆冷却系统之间传递热量,通过冷却剂的流动来降低电池的温度。同时,该系统还可以通过调节冷却液的流速和温度来实现对电池温度的控制。
另一种常见的技术是利用辅助空调系统进行电池的温度控制。该系统通过冷却电池组周围的空气来降低电池的温度,以保持其在正常工作温度范围内。此外,还可以通过加热电池组的方式,在低温环境下提高电池的工作性能。
2. 动力蓄电池安全监测与控制技术
动力蓄电池的安全性是电动汽车发展的重要因素之一。一旦电池发生热失控或其他故障,可能会引发火灾、爆炸等严重事故。因此,动力蓄电池安全监测与控制技术的研发与应用势在必行。
为了确保动力蓄电池的安全性,需要对电池进行实时的监测和控制。一种常用的技术是采用电压、温度和电流等传感器对电池进行监测。这些传感器可以实时获取电池的各项参数,并通过控制单元进行分析处理。一旦发现异常情况,系统将及时采取保护措施,例如切断电池组与外部系统之间的连接,以防止事故的发生。
pcm 动力电池热管理
pcm 动力电池热管理
全文共四篇示例,供读者参考
第一篇示例:
PCM的工作原理是利用材料在相变过程中吸收或释放大量的潜热来调节温度。在相变过程中,材料的温度保持不变,直到所有相变完
成后才会继续升温或降温。这种热管理方式可以有效地控制电池温度
在一个安全范围内,并且能够减少温度的突变,保护电池的稳定性和
寿命。
PCM在动力电池系统中的应用主要有两种形式:一种是直接封装在电池模组中,起到吸热和释热的作用;另一种是将PCM散热片或管道布置在电池周围,通过热导管或液体循环的方式实现热量的传递和
调节。这两种方式各有优缺点,可以根据具体情况选择合适的应用方式。
除了在动力电池系统中的应用,PCM还可以在电动汽车的车身、座椅、空调系统等部件中发挥重要作用。在冬季,可以利用PCM吸收热量,提高车身和座椅的温暖性;而在夏季,可以利用PCM释放热量,降低车内温度,提高乘坐舒适度。PCM的应用范围非常广泛,可以有效地提高电动汽车的性能和舒适度。
近年来,随着PCM 技术的不断创新和发展,越来越多的汽车制
造商开始采用PCM 材料来解决动力电池热管理问题。一些先进的电
动汽车已经在电池系统中应用了PCM 技术,取得了显著的效果。未来,随着PCM 技术的进一步完善和成熟,动力电池的热管理问题将会得到更好的解决,电动汽车的性能和寿命将会得到进一步提升。
第二篇示例:
近年来,随着电动汽车产业的快速发展,PCM动力电池热管理技术成为了一个备受关注的话题。PCM,即相变材料,能够通过吸收和释放热量来调节电池温度,进而提高电池的性能和寿命。在电动汽车中,动力电池是整个系统的核心部件,其性能和寿命直接影响着车辆的续航里程和使用寿命。有效的热管理技术对于电动汽车的发展至关重要。
新能源汽车的热管理与散热技术
新能源汽车的热管理与散热技术随着环保意识的提升和汽车行业的快速发展,新能源汽车逐渐成为
人们的关注焦点。新能源汽车采用了电力驱动系统,相比传统燃油车,其热管理和散热技术具有独特的特点和挑战。本文将探讨新能源汽车
的热管理和散热技术,并提出解决方案。
一、背景介绍
新能源汽车是一种利用可再生能源或储能设备驱动的汽车,如电动
汽车和混合动力汽车。相比传统燃油汽车,新能源汽车具有零排放、
低能耗、环保等优势。然而,由于电力系统产生的热量需要有效管理
和散热,否则将对汽车的性能和寿命产生不利影响。
二、热管理技术
热管理技术是应对新能源汽车热量问题的关键。首先,电动汽车电
池组的热管理十分重要。电池组一旦过热,将影响电池寿命和性能。
因此,新能源汽车采用了各种技术来保持电池组的温度在合理范围内,如冷却液循环系统、风冷系统和热管技术等。
其次,电动汽车电机也是热量产生的重要来源。电机的高效工作需
要保持适当的温度,如果过热将导致电机性能下降。为了解决这一问题,新能源汽车采用了风冷系统和液冷系统来散热,从而保持电机的
温度在合理范围内。
三、散热技术
新能源汽车的散热技术主要包括两个方面,即主动散热和被动散热。主动散热是指通过外部设备主动降低汽车温度,如风扇、液冷系统等。被动散热是指利用汽车自身结构和材料的热传导性能,将热量传递给
外部环境。
主动散热技术中,风扇是常见的一种解决方案。风扇通过强制将周
围空气吹到散热器或其他散热设备上,从而降低汽车的温度。另外,
液冷系统也是一种常见的主动散热技术,通过将冷却液循环流过散热器,从而降低热量。这些主动散热技术能够在高温环境下有效地保持
汽车研发:新能源汽车动力电池热管理系统组成及其设计流程!
汽车研发:新能源汽车动⼒电池热管理系统组成及其设计流程!⼤家看到美⼥总会浑⾝发热,⽽且还要多看⼏眼!
我不会告诉你:
电动汽车也会发热
他还经常需要“降降⽕”!
动⼒电池是电动汽车的能量来源,在充放电过程中电池本⾝会产⽣⼀定热量,从⽽导致温度上
升,⽽温度升⾼会影响电池的很多特性参数,如内阻、电压、SOC、可⽤容量、充放电效率和
电池寿命。电池热效应问题也会影响到整车的性能和循环寿命,因此,做好热管理对电池的性
能和寿命都⼗分重要。
今天,漫谈君就从电池热管理系统及设计流程、零部件类型及选型、热管理系统性能及验证等
⼏个⽅⾯来和⼤家聊⼀聊:
动⼒电池热管理系统
Model S电池包
⼀、动⼒电池管理系统介绍
1、电池热量的产⽣
由于电池阻抗的存在,在电池充放电过程中,电流通过电池导致电池内部产⽣热量。充放电热
量产⽣原理图如下:
2、温度升⾼对电池寿命的影响
温度的升⾼对电池的⽇历寿命和循环寿命都有影响。
从上⾯两个图可以看出,温度对电池的⽇历寿命有很⼤的影响。同样的电芯,在环境温度
23℃,6238天后电池的剩余容量为80%,但是电池在55℃的环境下,272天后电池的剩余容量
已经达到80%。温度升⾼32℃,电芯的⽇历寿命下降了95%以上。因此,温度对⽇历寿命的影
响极⼤,温度越⾼⽇历寿命衰退越严重。
从上⾯两个图可以看出,温度对电池的循环寿命也有很⼤的影响。同⼀款电芯,当剩余容量为
90%,25℃温度下输出容量为300kWh,⽽35℃温度下的输出容量仅为163kWh。温度上升
10℃,电芯的循环寿命下降了近50%。由此可见,温度对电池的循环寿命有很⼤的影响。
新能源汽车动力锂电池热管理分析
新能源汽车动力锂电池热管理分析
摘要:随着我国经济的发展,越来越多先进的技术应用于汽车工业领域。新能源汽车作为先进技术的典型代表,已经悄无声息的走进了人们的生活。现阶段,新能源汽车市场发展迅速,而对于新能源汽车来讲,锂电池热管理系统的正常运行具有重要的意义。本篇文章,对于新能源汽车动力锂电池热管理系统进行了分析和研究,对动力锂电池热管理系统在运行过程中出现的问题进行了阐述,并且提出了一些合理化的意见和建议,希望对相关人士有所帮助,也希望能够为推动我国汽车行业的发展做出自己的贡献。
关键词:新能源汽车;动力电池;热管理系统;分析研究
引言
动力锂电池热管理系统是汽车动力电池的重要组成部分,该系统的正常运行对于保证电池寿命以及安全性具有重要的意义,而该系统也是汽车热管理的重要组成部分,该系统的稳定工作维护汽车内部热稳定具有不可替代的作用。随着电动汽车普及,能不能对于电池热管理系统的要求也越来越高,现如今,已经有越来越多的学者投入到这方面研究中。但结合实际的情况来看,这些研究仅仅是讨论各种冷却系统,并没有对动力锂电池的管理系统进行全面的分析和讨论,也没有认真研究动力锂电池热管理系统在运行过程中容易出现的一些问题。针对以上情况,本篇文章,从总体上动力锂电池热管理系统进行了研究。
1新能源汽车动力锂电池的研究现状
结合新能源汽车的实际特点来看,在新能源汽车运行的过程中遇到的情况相对复杂,而人们要求新能源汽车具有一定的动力性以及经济性。为了能够让新能源汽车满足消费者的基本需求,相关企业在对动力锂电池进行设计过程中重点关注动力锂电池的循环层次数以及在各种状态下的运行情况。[1]根据相关研究人员的研究成果来看,目前研究较多的动
动力电池热管理的技术以及参数
动力电池热管理的技术以及参数
一、热管理技术
随着电动汽车市场的快速发展,动力电池的热管理问题越来越受到关注。热管理技术是确保动力电池高效、安全运行的关键因素之一。目前,常用的动力电池热管理技术主要包括自然冷却、强制风冷、液冷和热管冷却等。
1.自然冷却
自然冷却是一种简单的热管理技术,主要依靠空气的自然对流将热量带走。这种方法的优点是结构简单、成本低,但在高温环境下散热效果不佳。
2.强制风冷
强制风冷是通过风扇等强制通风装置,利用空气的强制对流来带走电池产生的热量。与自然冷却相比,强制风冷散热效果更好,但风扇的能耗和维护成本相对较高。
3.液冷
液冷是通过液体介质将电池产生的热量带走,散热效果优于风冷。液冷系统通常采用冷却液、制冷剂等作为冷却介质,通过循环流动将热量带走并散发到环境中。液冷技术能够更好地控制电池温度,但系统复杂度较高,成本也相对较高。
4.热管冷却
热管是一种高效的传热元件,利用液体的相变原理传递热量。热管冷却技术通过在电池组下方设置热管散热器,利用热管的导热性能
将电池产生的热量快速传递到散热器上,然后通过散热器将热量散发到环境中。热管冷却具有散热效果好、结构简单、可靠性高等优点,但成本相对较高。
二、参数
在动力电池的热管理中,主要涉及以下几个参数:
1.温度:电池温度是热管理的重要参数之一。过高的温度可能导致电池性能下降、寿命缩短,甚至发生热失控;过低的温度则可能影响电池的充放电性能和效率。因此,需要对电池温度进行实时监测和调控。
2.散热面积:散热面积是影响散热效果的重要参数。散热面积越大,散热效果越好。在设计热管理系统时,需要考虑散热器、散热风扇等装置的尺寸和布置方式,以获得足够的散热面积。
新能源汽车动力电池热失控机理和安全风险管控方法的研究
80
AUTO TIME
NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车
1 引言
作为国家战略,新能源汽车已被列为我国七大战略性新兴产业之一,并在“十三五”规划中被列为重点发展领域,在“十四五”规划中被列为重点发展的关键技术领域。截至2020年12月底,全国新能源汽车保有量达122万辆,占汽车总量的1.91%;新能源汽车保有量为82万辆,占汽车总量的3.37%。根据中国电动汽车百人会预测,到2025年,我国新能源汽车保有量将达到500万辆左右。动力电池作为新能源汽车的核心部件,其安全性关乎新能源汽车的生命安全和公共安全,对动力电池的热失控机理及安全风险进行研究,对于保障新能源汽车的安全运行具有重要意义。
2 动力电池过充热失控机理
过充是指动力电池在过充电过程中发生热失控的现象,由于动力电池在过充电过程中会产生大量的热,且这一过程中电池内部温度会急剧上升,所以其发生热失控的风险也会明显增大。根据对新能源汽车动力电池过充热失控阶段划分,可以将其分为:(1)未发生过充时:锂离子在电池内部运动缓慢,温度和电压基本恒定,此时电池处于安全状态。(2)开始出现过充现象:锂离子在电池内部运动加速,温度迅速升高,电压急剧上升,同时产生大量气体。(3)出现过充现象并开始产气:锂离子的运动速度和产气量加快,同时温度迅速升高,电池内部温度急剧上升。
周少杰
比亚迪汽车有限公司 陕西省西安市 710311
摘 要: 新能源汽车作为国家战略,经历了“十二五”“十三五”两个阶段的快速发展,动力电池的应用数量
和规模持续扩大。近年来,全球新能源汽车火灾事故频发,新能源汽车动力电池热失控成为影响公共安全和公众利益的重大安全风险。文章对新能源汽车动力电池热失控机理进行了研究,从热失控过程、热失控传播途径、热失控对系统和人员的危害等方面进行了阐述,从动力电池的设计、制造和使用等环节提出了新能源汽车动力电池安全风险管控方法,研究结果表明:加强动力电池热失控机理和安全风险的研究,建立高效的管控体系是保障新能源汽车安全的有效途径。
简述动力电池热管理的四种工作模式
动力电池热管理是电动汽车领域的一个重要技术问题,它直接关系到
电池的性能、寿命和安全性。在电动汽车发展的进程中,热管理技术
已经变得越来越重要。动力电池在工作中会产生大量的热量,如果不
能有效地进行管理,就会对电池的性能和寿命产生负面影响。过热的
电池还有可能引发安全问题。动力电池热管理的工作模式对于电动汽
车的发展至关重要。
动力电池热管理主要有以下四种工作模式:
1. 主动降温模式
这种模式是在电池工作时采取主动降低温度的方式,以防止电池过热。可以通过循环冷却液或者通风散热系统来实现。在这种模式下,系统
会根据电池温度的变化自动调节冷却液或者通风的风速,以保持电池
在适宜的温度范围内。
2. 被动降温模式
这种模式是通过改进电池包的设计,提高其散热性能以达到降低电池
温度的效果。采取的措施包括增加散热片的面积,改善散热通道的设
计等。在这种模式下,系统不需要额外的能量输入,只要改进电池包
的结构即可实现降温的效果。
3. 主动加热模式
在低温环境下,电池的性能会受到影响,因此需要采取措施来提高电
池的温度。主动加热模式通过加热电池来提高其温度,可以采用电热
丝或者燃料电池等方式。这种模式可以在寒冷的环境中保证电池的正
常工作。
4. 被动加热模式
在这种模式下,系统通过改善电池包的隔热性能来减少散热,并提高
电池的温度。采取的措施包括增加隔热材料的厚度,改善隔热层的设
计等。这种模式不需要额外的能量输入,只要改进电池包的结构即可
实现加热的效果。
总结起来,动力电池热管理的工作模式主要包括主动降温、被动降温、主动加热和被动加热四种模式。这些模式可以根据电池的工作环境和
电动汽车动力电池热管理技术的研究与实现_李军求
1
电池热管理设计流程和仿真方法
在电池热管理设计方面, 美国国家可再生能源 [1 ] 实验室做了大量研究 。本文中在其基础上将电池
2016 ( Vol. 38 ) No. 1
李军求, 等: 电动汽车动力电池热管理技术的研究与实现
· 23 ·
性能模型和热分析模型结合, 采用仿真与实验手段, 得到的热管理设计流程如图 1 所示。
[2 ]
, 方法如图 2 所示。
图4
不同倍率充电电池单体平均温升曲线
2. 2
锂离子电池低温环境下充放电性能
将电池放置在恒温箱中用于模拟电池不同环境 温度, 静止 8h 后, 以不同倍率进行充放电, 图 5 和图
图2 电池热分析仿真方法
6 为电池 2C 充放电时, 不同温度下电池的电压容 [3 - 4 ] 。 量特性
图9
叠片式铝塑膜锂电池内部结构
电池密度采用平均密度法。电池比热容的获取 有理论法和实验法。实验法在绝热环境中通过外部 加热方式获得, 理论法公式为
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热管式电池热管理技术—台架性能研究
Fan T P evaporator
m
Condenser PTC
TP TP
TP
RV1 RV2
T P EXV1
TP
Fresh air
Td
v
Td
TP TP
Compressor
Heatpipe battery heat exchanger box
To glass
Td Td
Temperature T/℃
40 35 30 25 20 15 10
5 0
0
a q
b
电池组无发热响应
Coolant average temperature Battery group average temperature Temperature difference
300 600 900 1200 1500 1800 Time t /s
Coolant average temperature Battery average temperature Temperature difference
全隐患。
• Pesaran 等人提出电池最佳的工作温度
范围是 25 ~ 40℃,合理的温度是不高
于50℃。
• 电池温度极低时(如0度以下),放电
过程实现困难。
科学问题
•低品位热源的高效散热技术 •低温条件下的预热
背景—电池热管理技术现状
空
•车厢内的空气
冷
•空调制冷后的空气
•强制对流
相
变
材
液
料
冷
制 冷 剂
35
35
45
45
-20
-20
In-car temperature (℃)
27
27
45
45
-20
20
EXV1 opening (%)
0来自百度文库
0
0
0
100
100
EXV2 op电enin池g (%冷) 却环路的增加,压缩机输84 入功8变4 化很6小3 ; 63
0
0
EXV3 op3en5in/g2(7%工) 况下,系统总制冷量增0加19.8440%,CO0P增加9了0 18.600%; 0
Outside heat
T Temperature
P Pressure
d Relativehumidity v Velocity
m Flowrate
Battery
heat exchanger (for Battery)
热管式电池热管理技术—台架性能研究
Experiment No.
1
2
3
4
5
6
Out-car temperature (℃)
背景—电池热管理技术现状—空气
•车外空气冷却
•车厢内的排风冷却
•空调制冷后的空气冷却
本田,NISSAN LEAF, Audi
背景—电池热管理技术现状—空气
Insight
Prius
背景—电池热管理技术现状—液体
背景—电池热管理技术现状—液体
雪佛兰VOLT
背景—电池热管理技术现状—液体
Audi A3
To face
Liquid vapor separator
RV3
Return air
RV4 T P
T
TP
EXV2 m EXV3 T P P
To feet
Battery chiller T
PTC heater
T
TP
Td v Td
Coolant T m
Td
WV2 WV1 T
Pump
Fan
exchanger
2016年新能源汽车空调系统发展创新论坛
电动汽车动力电池热管理技术
邹慧明 中国科学 院理化技术研究所
背景
• 缓解能源环保压力 • 加快产业结构调整 • 提升汽车业制造水平
热管理系统
低技 碳术 环难 保题
无发动机余热——采暖问题 电池、电机等温控问题 系统空间的局限性
电动汽车安全高效舒适运行的重要保证
1.2
Heat transfer performance per heat pipe qhp /W/℃
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0 0 300 600 900 1200 1500 1800 Time t /s
单热管传热性能:0.86 W/℃
热管式电池热管理技术—台架性能研究
Temperature T/℃
50 45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
0
50 45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
0
冷却响应
Temperature T/℃
Co olant
t emp erature
50
average
45
Ba ttery
t emp erat ure
40
average
35
Temperature ference dif
-- 25.36
--
63.96
--
--
Battery chiller cooling capacity (kW)
--
1.09
--
2.31
--
--
Theoretical compression power (kW)
1.04 1.24 1.43 1.75 0.45
0.86
Actual input power (kW)
82.5 99
单体电池发热 量 (W)
+0.41 +1.35 +3.78 +11.92 +24.42 +41.27
+62.48 +88.04
热管式电池热管理技术—单体性能研究
冷却响应
恒温环境箱温度设定为35℃,恒温水浴温度设定为20℃; 发热量10W以下时,电池表面温度维持在40℃之下,相当于放电电流为2C的工况; 电池发热量增大,表面温度大约每10W上升10℃,40W发热量情况下接近于70℃; 高发热量的工况时电池放电终了温度低于稳定温度,如40W时运行900s后温度大 约为62℃; 浸没在水槽中的热管段加翅片对电池的冷却效果得到增强,平衡温度或峰值温度 都有较大下降; 在主要的电池充放电工况下能使电池温度维持在最佳温度范围,即使在恶劣的工 况条件下电池温度也能控制在许可的范围内,避免热失控。
-21.58 1.37
--
Super-heating temperature (℃)
--
18.35
--
0.36
--
--
Condensing temperature (℃)
41.18 41.58 55.4 54.31 20.78
58
Sub-cooling temperature (℃)
0.3
0
7.36 1.98 21.62 9.45
热管式电池热管理技术—单体性能研究
轻量化热像
1
2
3
4
5
轻量化后II号板和III号板的平衡 时的平均温度有所降低,但II &III
号铝板的温度均匀性比实心板要差, 温度梯度从上往下逐渐变大,随着 发热量的增加,温差梯度增强;
开设大孔的I号板,无论是平衡 时平均温度还是温度均匀性都比实 心板差;
而从侧面开孔的IV号板,在轻量 化试验的五块铝板中温度均匀性最 差
管带走,达到很好地热管理效果。
热管式电池热管理技术—单体性能研究
低温唤醒响应
热管在低温环境(-15℃和-25℃)中持续14~16小时的状态,并给出了加热被“唤 醒”的响应过程。可以看出热管可以很快被“唤醒”,并进入工作状态
热管式电池热管理技术—单体性能研究
预加热响应
不带 翅片
带翅片
采用温度为40℃的加热介质,其预热所需时间比采用20℃的要快很多,达到所考察的温度点的 时间只有1/3左右; 增加翅片后电池预热时间大大缩短,约1/4—1/3时间,加热介质温度低(20℃)时效果更明显。
50
外径 (mm)
10
厚度 (压扁部分) (mm)
4.5
有效孔隙半径 (µm)
40
孔隙率
0.45
吸液芯材料
铜
吸液芯型式
烧结
工作介质
水
折弯角度
900
折弯半径 (mm)
20
翅片型式
环形
翅片高度 (mm)
5
翅片厚度 (mm)
0.5
翅片数量 (带翅片的)
10
壳体内部充入Atonal324液体,壳体内部设置
电加热棒,通过电加热模拟电池的散热量
热管式电池热管理技术—单体性能研究
动态循环响应
动态循环方案示意图
方案1,6C发热功率高达88.04W,但时间只 有短短的10s,总发热量并不大; 经过900s最大持续放电工况后温度达到最高 值63℃;翅片型峰值下降了近6℃; 充电工况,电池发热量显著降低,至充电完 毕时温度下降到接近35℃; 方案2,电池发热功率小,放电终了的温度 在41℃左右,充电过程中,温度下降到35度左 右; 试验时每组循环中电池产生的热量都能被热
Porsche Panamera
背景—电池热管理技术现状—液体
背景—电池热管理技术现状—制冷剂
BEHR
Jarrett & Kim Queen’s Un. CA
热管式电池热管理技术
热管式电池热管理技术—概念的提出
Heat transf er plate
Battery
L shape Heat pipe
Liquid box
Coolant inlet
•靠工作介质的汽、液相变传热,具有很高的导热能力 •电池温度场均匀性好 •电池散热量通过热管传递到介质中,对冷源的负荷具有削峰填谷的作用
热管式电池热管理技术—单体性能研究
热管典型参数
L型
总长 (mm)
206
蒸发段长度 (mm)
120
冷凝段长度 (mm)
热管式电池热管理技术—单体性能研究
单体电池发热量最大处在电池单元的下半部分和正极部分
锂电池放电发热量 (16.5 A h , 3 .2 V )
放电状态
放电电流
最大持续放电
最大瞬 间放 电
0.2C 0.4C
1C 2C 3C 4C
5C 6C
放电电流 值 (A)
3.3 6.6 16.5 33 49.5 66
Cabinet refrigerant flow rate (kg/h)
135.16 134.0 192.01 180.4 43.2 47.56
Cabinet cooling/heating capacity (kW)
5.24 5.19 7.22 6.61 2.96
2.75
Battery chiller refrigerant flow rate (kg/h)
10
5
0
300 600 900 1200 1500 1800
Time t/s
0
45℃/33%
Coolant average mperature te
Battery average te mperature
Temperature ence differ
300
600
900
Time t/s
1200
35℃/60%
Heat Q/W
250 200 150 100
50 0
-50 0
-100
Internal heat variation of coolant Internal heat variation of battery group
300 600 900 1200 1500 1800 Time t /s
电池组综合比热容1.24 kJ/kg℃
Qp -Preheating heat by PTC
Qc -cooling heat by battery chiller
Pump
Qci –Coolant internal heat variation
Qbi Q
cb mb cm
Tba Tcta
Qg Qt Q Q
Q
ci
cc
t
p
c
t
qhp
Qt nT
2.44 2.46 3.13 3.19 1.48
2.04
Compression efficiency (%)
42.51 50.34 45.53 55.0 30.27 42.05
COP
2.15 2.55 2.31 2.80
2.0
1.34
热管式电池热管理技术—台架性能研究
Qg -Generated heat by batteries Qbi –Batteries internal heat variation Qt -Transfered heat by HPHE
背景—电池基本原理
•电解液、正、负极、膜、粘合剂等化学分解产生的反应热 •电池内阻存在而产生焦耳热
背景—电池热力特性
•温度对电池的性能和使用寿命具有很大的影响
• Sato 等人研究表明,当电池温度高于
50℃时,放电 效率和使用寿命都会有很
大的衰减。
• Khateeb 等人指出锂电池温度在70-
100℃范围运行时,就会存在很大的安
30
25
20
15
10
5
300
600
900
Time t/s
0
1200
0
35℃/33%
Coolant average mperatu e
50
te
r
e
45
Batteryaverage temperatu
40
Tempera ure r ence
35
t
differ
30
Temperature T/℃
25
20
15
ESBvuaapttpeeorr-ryhaect4-oha25ritli0len/evg/r4a2etp5ev0oma工r工papotei况rnra况agttitun下e制rgmet,e(p℃热merp)系aCeturOar统etuP(r℃较总e ()℃制-2) 0冷/-量20增工-01.-.9加况-439 2下3.降--5004.5..743了6%80 ,32C%91O..-。92-P68 增加1271..了54.799 21.2-2013.-0-.%113;