纯电动汽车用锂离子电池热管理综述_蔡飞龙
纯电动汽车锂离子电池液冷热管理系统设计研究
本文先基于HPPC测试获取不同SOC下内阻R及开路电压OCV数据; 收集国内外常用城市工况,通过比较不同工况下所需的RMS电流, 确定选用US06工况作为热管理系统评价工况。(3)基于动力电池 边界,设计电池系统方案,并计算电池系统在US06工况下的生热 量。
基于电池生热选择热管理系统,并设计冷却板及内部流道,保证 其系统尽可能温度均匀,同时设计加热系统方案,为PTC选型提供 依据。(4)利用商业CFD分析软件star ccm+建立热管理系统仿真 模型,先对流道流场进行分析,得到不同流量下流道的压降,确定 冷却系统最大流量。
而后对热管理系统温度场进行仿真分析,结果表明单个芯体平均 生热功率3.29时,最高电芯温度35.70℃,最低电芯温度为 31.85℃。芯体最大温差3.85℃,满足设计要求。
因此,电池热管理系统的性能优劣对于动力电池功率输出和使用 寿命至关重要。本论文研究工程应用中单体生热计算方法,并通 过对比不同的循环工况,选取合适的热管理评价工况,以准确地 评价热管理设计是否能够满足电池性能需求。
并利用商业CFD软件(star ccm+)对热管理系统进行流场及温度 场分析,并根据分析结果对冷却板进行优化设计。具体研究内容 如下:(1)本文阐述了研究电池热管理系统的意义,系统总结国内 外动力电池热管理系统的研究现状及不足之处。
(5)试制动力电池系统样件,并设计热管理系统验证试验,得到电 池在US06工况下电池最高温度38℃,最大温差5℃,达成设计目标。 而后设计热管理系统标定试验,对冷却流量、冷却液入口温度及 冷却开启温度进行标定。
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。
2. 温度传感器和控制系统：为了实时监测电池的温度，纯电动汽车通常装备了温度传感器，并通过控制系统对电池的温度进行精确控制。
当电池温度超过设定的安全阈值时，控制系统将启动散热系统以保证电池的安全工作。
电动汽车锂离子电池在动力过程中的热管理研究
电动汽车锂离子电池在动力过程中的热管理研究随着全球对环境保护意识的提高，电动汽车已经成为未来交通发展的趋势。
在电动汽车中，锂离子电池是最常用的电池类型，它具有高能量密度、长寿命、低自放电率等优势。
然而在电动汽车的动力过程中，锂离子电池也会产生大量的热量，如果不能有效地控制和管理这些热量，将导致电池温度升高、寿命缩短、安全性降低等问题。
因此，研究电动汽车锂离子电池的热管理技术是非常必要和迫切的。
1. 锂离子电池热失控的原因电动汽车锂离子电池的热失控是指电池在高温环境下产生大量的热量，导致电池内部温度升高，电池材料发生热分解，产生气体，从而引发爆炸。
其主要原因是电池内部的化学反应过程不可逆，反应热量无法完全散发出去，导致电池内部温度不断升高，超过一定温度时，电池材料开始分解，放出大量热量，从而引发热失控。
2. 热管理技术的应用热管理技术是通过设计合理的电池结构和实施有效的热管理措施，来控制电池内部的温度，保证电池的安全性、寿命和性能。
热管理技术的应用包括以下几个方面：（1）材料选择。
锂离子电池内部的电极、隔膜和电解质等材料的热导率、热容量和稳定性，直接影响着电池的热管理效果。
选择高热导率、低热容量和高稳定性材料可以有效地提高电池的热管理效果。
（2）电池结构设计。
电池结构的设计不仅关系到电池的安装方式和外形尺寸，还涉及到电池内部散热结构的设计。
对电池内部的导热板、隔热层、热管等结构的设计优化，可以提高电池的热管理性能。
（3）热传导和散热措施。
通过应用散热片、热管、冷却风扇等散热措施，提高电池内部的热传导效率，降低电池内部的温度，从而提高电池的性能和寿命。
（4）电池管理系统控制。
电池管理系统是电动汽车中非常关键的控制系统，它可以实时监测电池内部的温度、电压、电流等参数，根据实际工况调整电池内部的运转状态，控制电池内部的温度和热失控的风险。
3. 热管理技术的研究进展随着电动汽车技术的发展和电池材料的不断改进，热管理技术的研究也取得了很大的进展。
电动汽车用锂离子电池热管理系统的研究
电动汽车用锂离子电池热管理系统的研究摘要：电动汽车改变了传统汽车的供应体系，其核心技术包括3种：电机、电池和电控系统，而电池性能和成本直接决定新能源车的使用经济性。
作为电动汽车核心部件之一的动力电池，随电动汽车行业的崛起迅速发展起来。
近年来，在政策、市场等的多项驱动下，电动汽车动力电池产业发展提速，特别是2020年疫情过后，动力电池产业呈现出诸多全新特点。
本文就其锂离子电池热管理系统展开了探究。
关键词：电动汽车；锂离子电池；热管理系统1电动汽车用锂离子电池发展现状1.1安全性依然是动力电池领域布局重点电池安全问题一直备受关注，2020年国内就有多企业布局“永不起火”的电池，如比亚迪刀片电池、宁德时代811、孚能科技“永不起火”电池、欣旺达“只冒烟、不起火”动力电池解决方案、蜂巢能源果冻电池等，2021年上半年广汽、东风等企业同样加速布局。
广汽埃安“弹匣电池”：弹匣电池技术是一个从电芯本征安全提升、整包被动安全强化、再到主动安全防控的一整套安全技术。
搭载“弹匣电池”技术的三元锂电池系统，针刺后只有被刺电芯模块热失控而不会蔓延至其它电芯模块，从而实现三元锂电池系统针刺不起火的高安全水平。
东风岚图“琥珀电池”：电芯三维隔热墙设计、电池安全监测和预警模型、电池PACK设计，在电池包热失控触发并发出热事件报警信号后，做到了“三不”现象（不起火、不冒烟、不爆炸）。
“琥珀电池”已经进入了量产阶段，并且将于今年第3季度上市交付。
1.2新型电池技术路线多有布局，短期内难取代锂离子电池1.2.1全气候电池为了解决电动汽车冬季续驶里程的问题，全气候电池进入大众视野。
全气候电池采用电池自加热技术，能快速提升电池温度。
基于自加热技术的电池系统可在30s内使电池温度从-20℃上升到0℃以上。
而传统的外部加热技术可能需要长达30min，并且能耗高、效率低。
然而，当前全气候电池仍处于试验阶段，对于未来是否能在乘用车领域大规模普及仍未可知。
锂离子动力电池液体热管理技术综述
锂离子动力电池液体热管理技术综述目录一、内容描述 (2)1.1 锂离子动力电池的发展背景与重要性 (3)1.2 液体热管理技术在锂离子动力电池中的应用意义 (4)二、锂离子动力电池工作原理及热特性 (5)2.1 锂离子动力电池工作原理简介 (6)2.2 锂离子动力电池的热产生机制与传热方式 (7)2.3 锂离子动力电池的热稳定性与热安全性分析 (9)三、液体热管理技术分类及研究进展 (10)3.1 液体冷却系统 (11)3.1.1 液体冷却液的选择与性能要求 (12)3.1.2 液体冷却系统的设计与优化 (13)3.2 热管技术 (15)3.2.1 热管的工作原理与传热特性 (16)3.2.2 热管在锂离子动力电池中的应用案例 (17)3.3 微槽群热沉技术 (18)3.3.1 微槽群热沉的工作原理与优势 (19)3.3.2 微槽群热沉在锂离子动力电池中的应用研究 (20)四、液体热管理技术的性能评价与优化策略 (21)4.1 性能评价指标体系建立 (23)4.2 优化策略探讨 (24)4.2.1 结构优化 (25)4.2.2 材料选择与优化 (26)4.2.3 控制策略与算法研究 (27)五、液体热管理技术在锂离子动力电池中的应用前景与挑战 (28)5.1 应用前景展望 (30)5.2 面临的挑战与应对措施 (31)六、结论 (32)6.1 主要研究成果总结 (33)6.2 对未来研究的建议与展望 (34)一、内容描述引言：简述锂离子动力电池在新能源汽车领域的应用背景及其面临的挑战，尤其是热管理的重要性。
概括性地介绍当前热管理技术的现状和存在的主要问题。
锂离子动力电池基本原理与热产生机制：介绍锂离子动力电池的基本工作原理、电池反应过程中的能量转换以及由此产生的热量。
分析电池热产生的主要因素，包括化学反应热、电阻热以及外部环境影响等。
液体热管理技术的原理与分类：阐述液体热管理技术的原理，即通过液态冷却介质在电池组之间循环流动，带走电池产生的热量，保持电池温度的稳定。
新能源汽车用锂电池热管理系统研究
二、文献综述
锂电池热管理系统主要涉及传热学、流体力学、热力学等领域，通过多种控 制策略和算法实现电池温度的精确控制。在现有的研究中，锂电池热管理系统主 要分为直接和间接两种冷却方式。直接冷却方式主要包括液冷、风冷和相变材料 冷却等；间接冷却方式则包括自然对流和热管等。研究者们对各种冷却方式的性 能进行了深入探讨，并提出了相应的优化措施。
2、管道布置：在电池模块周围布置细密的管道，使冷却液体与电池表面充 分接触，增大换热面积。同时，采用双层管道结构，减小管道厚度，提高传热效 率。
3、控制系统：采用模糊控制策略，根据电池温度、冷却液温度和流量等参 数，实时调整冷却液泵转速、阀门开度和风扇转速等控制变量，实现电池温度的 精确控制。
4、数据采集：通过布置在系统中的温度传感器和流量计等设备，实时采集 电池温度、冷却液温度和流量等关键参数，为控制系统提供反馈信息。
在控制策略方面，常见的算法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。 PID控制具有简单易行、稳定性好的优点，但对外界干扰的鲁棒性较差；模糊控 制能够处理不确定性和非线性问题，但计算复杂度较高；神经网络控制能够自适 应地处理复杂的非线性过程，但训练时间较长且对数据要求较高。各种控制策略 各有优劣，适用于不同的应用场景。
展望未来，锂电池热管理系统仍有许多问题需要深入研究。例如，如何进一 步提高系统的稳定性和传热效率；如何实现更精确的温度控制；如何根据不同地 区的气候特点和电池的不同使用场景进行定制化设计等。此外，随着新能源汽车 技术的不断发展，对锂电池热管理系统的要求也将不断提高，因此需要不断优化 系统设计，以满足实际需求。
3、实验结果的分析和讨论：通过对比不同工况下的实验数据，发现所设计 的模糊控制策略能够有效调节各控制变量，实现对电池温度的精确控制。同时， 双层管道结构在减小流体阻力的同时，也提高了传热效率。然而，在某些极端工 况下，系统的稳定性有待进一步提高。
动力锂电池热管理方法综述和改进模型
动力锂电池热管理方法综述和改进模型引言：随着电动车的快速发展，锂电池作为主要的动力来源，广泛应用于电动车辆和混合动力车辆等领域。
然而，锂电池在高功率放电和快速充电的过程中，会产生大量的热量，这给锂电池的安全性能和寿命带来挑战。
为了提高锂电池的性能和延长其寿命，热管理方法成为一项关键技术。
本文将综述目前常用的动力锂电池热管理方法，并介绍一种改进模型，以期为锂电池热管理的研究提供一些参考和激发创新的思路。
一、动力锂电池热管理方法综述1.1 传统方法传统的动力锂电池热管理方法主要包括风冷、液冷和相变材料等。
风冷是通过空气冷却锂电池，适用于小功率的电动车辆。
液冷是将散热介质直接流过锂电池，具有更好的散热效果，但会引入复杂的冷却系统。
相变材料则通过材料的相变过程吸收和释放热量，具有较高的热容量和热传递效率。
1.2 先进方法为了进一步提高锂电池的热管理效果，研究人员提出了一些先进的热管理方法。
其中，纳米材料增强的热散热器具有较大的表面积和更高的热传导效率，可以有效地提高热管理的效果。
微通道冷板是一种新兴的热管理技术，通过微小通道将冷却剂直接引导到锂电池上，提高了热传递效率。
此外，研究人员还提出了采用石墨烯、等离子体和超材料等新型材料来改善热管理效果的方法。
二、动力锂电池热管理方法的改进模型基于以上综述的研究现状，本文提出了一种改进模型，旨在进一步优化动力锂电池的热管理效果。
2.1 温度感知改进模型首先要进行温度的感知和监测。
通过在锂电池组中嵌入温度传感器，可以实时监测锂电池的温度分布和变化情况。
同时，通过优化传感器的位置与数量，可以更准确地掌握锂电池的温度变化。
2.2 热散热器设计在改进模型中，我们提出了一种新型的热散热器设计，包括增强的散热片和纳米材料增强的热导管。
通过增加散热片的数量和表面积，提高了热散热器的散热效果。
采用纳米材料增强的热导管，可以提高热导率，增加热量的传导速度，从而进一步提高热管理效果。
锂离子动力电池热管理方法研究进展
锂离子动力电池热管理方法研究进展王雅，方林（武汉船用电力推进装置研究所，武汉430064）摘要：动力电池组是电动车船的关键部件，电池温度过高造成的电池性能下降乃至热失控会使整车面临严重的安全风险。
本文从传统热管理方法（空气冷却、液体冷却）和新型热管理方法（相变材料冷却、热管冷却、喷雾冷却和液态金属冷却）等几个方面对电池热管理方法进行综述，给出目前电池热管理方法的研究进展，为后续的研究方向提供参考。
关键词：动力电池电池热管理研究进展中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1003-4862（2019）05-0014-05Research Progress of Battery Thermal Management on Lithium-IonPower BatteriesWang Ya, Fang Lin(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)Abstract: Excessive battery temperature can degrade the performance of the battery and even cause thermal runaway, which can cause serious safety risks. This paper reviews battery thermal management methods from traditional methods (air cooling, liquid cooling) and new methods (phase change material cooling, heat pipe cooling, spray cooling and liquid metal cooling). State of the art progress of current battery thermal management methods, which provides reference for subsequent researches.Keywords: power battery; battery thermal management; research progress0 引言作为电动汽车与船舶的关键部件，动力电池组的性能决定了整机的性能。
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，目前研究较多的动力锂电池包括锂离子电池、铅酸电池、镍氢电池等，与其他几种供应电池相比，锂离子电池具有明显优势，在运行的过程中以离子电池具有更高的单体额定电压，并且消耗的电量较少。
因此，电动汽车装载锂电池能够拥有更高的续航里程，而而锂离子电池也具有较高循环使用次数，能够为汽车企业节约经济成本，也能够提升企业的整体水平。
锂离子电池热管理系统综述
锂离子电池热管理系统综述摘要：锂离子电池的理想工作温度为25～40℃,电池模组内的最大温差应低于5℃。
温度过高会加快固体电解质相界面(SEI)膜的分解，造成热失控隐患；而低温会增加电解液的黏度，影响电池充放电性能，还会加快锂沉积反应速率，形成镀锂层或锂枝晶。
关键词：锂离子电池；热管理系统；策略1电特性和热失控1.1电特性锂离子动力电池电特性和电池工作的温度、SOH与充/放电倍率等存在一定联系，特别是其可用容量、等效内阻与工作电压平台。
以下将基于放电分析电池电特性。
其一，电池充/放电倍率因素。
在电池放电倍率不断增加的状态下，因存在内阻，受内阻分压影响会降低电池外电路端电压，在放电结束以后，端电压能够提前满足截止电压，进而减少其实际可用容量。
另外，高倍率放电会增加内阻对电能的消耗，最终会减少店址可输出能量。
其二，电池温度因素。
在电池工作温度降低的同时，其放电端电压也会下降，而其可用容量也会随之减小。
究其原因，在工作环境温度的影响下，电池电化学反应速率会受到影响，致使电化学反应阻力显著增加。
如果其工作的温度未达到273K，电池可用容量会在短时间内衰减，而内阻增加速度会加快。
1.2热失控对于电池使用者而言，其热安全性的作用不容小觑。
在过高温度条件下，锂离子电池的体积会膨胀，而受单体电池温度分布不均匀的影响，其热应力也会表现出不均匀，致使电池出现变形，进而对其使用寿命与热安全性产生不利影响。
与此同时，电池短路亦或是温度过高也会引起热失控，在电池温度升高的过程中，放热反应也会被连续触发，集中表现在SEI膜分解、正极和电解液反应、电解液分解以及负极和电解液反应等方面。
在此基础上，如果电池起火爆炸，会在短时间内释放大量能量，由电极反应形成的氧气也会使热失控状态加剧，在形成有毒气体的情况下会使使用者安全受到威胁。
通常，引起电池热失控的因素包括以下三个方面：(1)产热故障。
电池的内部出现短路而出现产热失控。
(2)热阻故障。
锂离子电池热管理综述
机理及实测结果，介绍了阻断单体及基本模块热失控传播的有效方法。
关键词：锂离子电池；热模型；热管理；热安全
doi: 10.19799" .cnki.2095-4239.2019.0218
中图分类号：TM911
文献标志码：A
文章编号：2095-4239 (2019) S1-023-08
A review on thermal management techniques for lithium-ion battery
摘 要：随着新能源汽车的广泛使用，动力锂离子电池的热安全性问题日益突出。本文以Bernardi生热机理 为基础，耦合不同物理量，分别从电化学-热耦合模型、电-热耦合模型和热滥用模型来介绍单体电池的热特
性。由于电池能量密度的增加与行驶工况复杂程度的提高，动力锂离子电池容易发生热量堆积，甚至造成热 失控，对此，文中梳理了商用动力电池包的常用冷却方式。最后，根据对影响电池模组安全性的热失控蔓延
Abstract: With the widespread use of new energy vehicles, the thermal safety of power lithiumion batteries has become increasingly prominent. In this paper, based on Bernardi thennogenesis mechanism and coupled with different physical quantities, the thermal characteristics of single battery is introduced from electrochemical-thermal coupling model, electro-thermal coupling model and thermal abuse model respectively. Due to the increase of battery energy density and the increasing complexity of driving conditions, power lithium ion batteries are prone to heat accumulation and even cause thermal runaway. In this regard, this paper summarizes the common cooling methods of commercial power battery packs. Finally, based on the thermal runaway propagation mechanism and the measured results affecting the safety of the battery module, effective methods for blocking the thennal runaway propagation of the monomer and the basic module is introduced. Key words: lithium ion battery; thermal model; thermal management; thermal safety
浅谈新能源汽车用锂电池热管理系统设计
浅谈新能源汽车用锂电池热管理系统设计作者：谢佳平来源：《时代汽车》2019年第19期摘要：新能源汽车主要以电力能源作为驱动能源，相应锂电池就是此类汽车产品中不可或缺的部分。
但锂电池在长期应用当中容易产生较大热能，这对于汽车行驶过程中的性能存在影响，容易出现安全事故，就这一点现代新能源汽车中必须具备锂电池热管理系统，该系统主要功能在于控制锂电池的温度，确保汽车行驶安全。
本文将针对该系统的设计进行分析，主要阐述锂电池生热与传热机理、热管理系统设计，同时对设计结果进行仿真测试，以验证系统有效性。
关键词：新能源汽车;锂电池;热管理系统1 引言锂电池生热首先会对自身造成影响，导致电能输出功率不稳定或中断，由于电能是新能源汽车的驱动能源，一旦出现此类现象就代表汽车失去动能，这对于高速行驶的新能源汽车而言十分危险，其次热能还可能对周边线路造成影响，间接引发其他故障。
由此可知锂电池热管理系统的重要性，但该系统在不同新能源汽车中的设计方式不同，就这一点文中将提出两种热管理系统设计方案，并对两者进行仿真测试对比两者优劣。
2 锂电池生热与传热机理2.1 生热机理锂电池生热机理可以帮助我们对电池温度进行预测，同时给予热管理系统设计信息支撑，因此有必要对此进行分析。
根据相关研究得知锂电池生热原因有四，分别为焦耳热、反应热、极化热、副反应热，四者在锂电池运作中同时存在，因此电池总生热量为四者相加之和，但要确认总生热量数值就必须先确认四者实际热量，就这一点下文将对四者产生机理与计算方法进行分析。
2.1.1 焦耳热焦耳热是在焦耳原理下产生的热能，即锂电池的壳体、极柱、正负极等组成部分都存在内阻，相应在运作中电流会与内阻接触激发焦耳原理，最终出现焦耳热。
焦耳热是锂电池运作中最主要的热源，其恒定为正值。
关于焦耳热的计算方法见公式（1）[1]。
公式（1）：式中Qj代表焦耳热;I代表电流大小;RΩ代表电池欧姆内阻。
2.1.2 反应热锂离子电池的工作原理为：锂离子、电子之间不断进行正负极的嵌入和脱嵌，这一过程代表电池运作时内部粒子存在转移动作，此动作就会产生反应热。
探讨纯电动汽车锂离子动力电池热原理及温度控制方式
DOI：10.16661/ki.1672-3791.2018.36.090探讨纯电动汽车锂离子动力电池热原理及温度控制方式①王传经 丁旺 吴敏 王超 王联珠(南京长安汽车有限公司 江苏南京 211200)摘 要：新能源汽车成为当前关注焦点，随着新能源汽车技术瓶颈不断突破，新能源汽车行业获得了突飞猛进的发展，尤其是纯电动汽车获得了资金和政策的强力支持。
本文重点探讨纯电动汽车锂离子动力电池热原理及管理系统的研发，实现对纯电动汽车锂离子动力电池组的温度控制，使之在合理的温度区间之内，较好地提升电池的使用寿命。
关键词：纯电动汽车 锂离子 动力电池 温度控制中图分类号：TM91 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)12(c)-0090-02纯电动汽车是使用可再生燃料资源的新能源电动汽车，它以动力电池为核心部件，要明晰纯电动汽车锂离子动力电池的热原理特性，探讨纯电动汽车锂离子动力电池的热管理系统，实现对动力电池温度的合理控制，避免因电池温度过高而引发的不良影响，延长锂离子动力电池的使用寿命，提升纯电动汽车的行驶安全性能。
1 纯电动汽车电池热管理系统及其存在的问题分析1.1 纯电动汽车电池热管理系统概述纯电动汽车动力电池热管理系统是基于电池的生热机理和电化学特性，进行科学合理的优化设计，确保动力电池的温度在适宜的充放电区间，有效规避电池温度过高而引发的不良风险。
纯电动汽车锂离子动力电池热管理系统由电池箱壳体、传热介质、温度传感器、加热部件、散热部件、夹具等构成，通过温度传感器实现对电池温度的实时、动态监控，确保电池保持在最佳的充放电区间，并保证电池组温度分布的均匀一致性，规避电池组内电池单体的温度失控风险。
同时，要选择适宜的空气冷却方式，清除电池内部因化学反应而生成的异味气体，提升电池使用的安全可靠性。
1.2 纯电动汽车电池存在的问题分析当前的纯电动汽车电池还尚未突破关键技术瓶颈，具体表现出以下方面的问题：（1）续航里程低。
浅谈动力锂电池热管理研究体系
Discussion on thermal management system of dynamic lithium battery Li Ke Chen Rihao Ma Fuchun
A b s t r a c t ：this research system takes the key technology of thermal management of power lithium battery as the object. Based on the heat condition of power lithium battery, the comprehensive heat dissipation of PACK box and automobile battery cabin, which is closely related to the thermal management of power lithium battery, is studied, and the heat dissipation structure of PACK box and battery cabin is optimized by numerical simulation technology.
身散热风扇，其循环风量与放电过程（车
辆处于运动状态）相比可以忽略不计，实
际充电过程电池温升实际要大于放电过程。
因此需要将电池发热模型耦合到 PACK 散
热，并与整车散热结构进行整体分析研究。
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Key words： power lithium battery, thermal management
电动汽车锂电池热管理系统综述
电动汽车锂电池热管理系统综述
王柯永
【期刊名称】《新型工业化》
【年(卷),期】2022(12)8
【摘要】一辆性能优异安全可靠的电动汽车离不开一个先进的电池管理系统。
其中影响电动汽车锂电池组性能的最主要的因素就是电池温度,控制电池温度在一个适宜的范围内能有效提高电池的效率和使用寿命,所以电池热管理系统是电池管理系统中重要的一部分。
本文先介绍电池管理系统的组成,并对电池管理系统的温度数据采集模块进行分类阐述,对现有的商用电动汽车电池组热管理系统的研究现状进行了综述分析,并对未来电动汽车锂电池热管理系统的发展方向进行了展望。
【总页数】4页(P18-21)
【作者】王柯永
【作者单位】江苏大学
【正文语种】中文
【中图分类】U469.72
【相关文献】
1.电动汽车锂电池管理系统的故障诊断的研究
2.纯电动汽车磷酸铁锂电池的热特性参数辨识和热仿真分析
3.电动汽车动力锂电池BMS管理系统综述
4.论电动汽车中锂电池智能管理系统
5.电动汽车锂电池管理系统的故障诊断的研究
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新能源汽车用锂离子电池组热管理系统的研究分析
新能源汽车用锂离子电池组热管理系统的研究分析发布时间：2021-01-19T07:35:02.794Z 来源：《中国科技人才》2021年第2期作者：沈霖[导读] 而为了能将这种影响降到最低，必须合理的配置电池的组热管理系统，让电池的温度控制在一定的范围内。
上海电力大学上海市 201800摘要：随着社会经济的不断发展，工业产生的环境污染也日益严重，新能源和环保压力越来越受到人们的重视。
我国正在不断推动着新能源汽车的发展，但随之而来的就是汽车能源的问题，电池为整台车提供动力，是车辆中最关键的部分，而电池性能是受温度的影响。
本文针对新能源汽车用锂离子电池组热管理系统存在的问题及发挥的效果进行深入分析。
关键词：新能源汽车；锂离子电池；组热管理系统能源、材料是人类科学发展中不可或缺的重要部分，人的衣食住行都是需要消耗能源的，而地球中的能源是有限的，能源的大量消耗造成资源采集的愈发严重，随之及来的就是石油价格的上涨，严重的影响到我国的可持续发展道路，而且化学能源的使用也会引起很多的环境问题，像温室效应、雾霾等，一直在影响我们的身体健康。
新能源汽车是指在行驶过程中完全由动力电池提供电力驱动汽车行驶的新型汽车，相比较传统的汽车，新能源汽车省去了油箱、变速器等设备并且新能源汽车能有效的改善城市污染和噪音污染等问题，而这些优势得到了国家的大力支持，新能源汽车的关键部分就是电池，而在实际运行中电池的使用，会产生热量破坏电池的性能，极大的缩短电池的使用寿命，而为了能将这种影响降到最低，必须合理的配置电池的组热管理系统，让电池的温度控制在一定的范围内。
1新能源汽车锂离子电池1.1新能源汽车从2014年起，国家推广了新能源汽车的扶持政策，而新能源汽车又称清洁能源汽车，可以减少温室气体等污染物的排放，拥有着节能环保的特点。
但由于电池的容量限制了汽车的行驶里程，并存在着充电时间长等问题，导致无法满足正常的工作需求，随后而来的就是燃料电池汽车，这种汽车的能量转换效率高，但技术不够成熟所以距离大规模的推广使用还是有一段距离的。
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收稿日期：2012-02-16基金项目：国家“973”重点基础研究发展计划(2011CB711203)作者简介：蔡飞龙（1987—），男，江苏省人，硕士研究生，主要研究方向为电动汽车热管理。
纯电动汽车用锂离子电池热管理综述蔡飞龙1,2，许思传1,2，常国峰1,2（1.同济大学汽车学院，上海201804；2.同济大学新能源汽车工程中心，上海201804）摘要：动力蓄电池热管理系统（BTMS ，Battery Thermal Management System ）对纯电动汽车在各种环境下的动力性有至关重要的影响。
通过文献研究分析了锂离子电池工作原理、高温及低温条件下的产热原理，总结目前纯电动汽车用锂离子电池的强化传热措施，并提出了空调制冷中分水冷电池包和风冷电池包的方案，并且说明了集两种热管理方式为一体的热管理系统是未来适合复杂工况的大功率锂离子动力电池热管理的重要研究方向。
关键词：纯电动汽车；锂离子电池；相变材料；热管理中图分类号：TM 912.9文献标识码：A 文章编号：1002-087X(2012)09-1410-04Thermal management techniques of lithium-ion batterypack for electric vehiclesCAI Fei-long 1,2,XU Si-chuan 1,2,CHANG Guo-feng 1,2（1.College of Automotive Engineering,Tongji University,Shanghai 201804,China ；2.New Energy Center of Automotive Engineering,Tongji University,Shanghai 201804,China ）Abstract:The power battery thermal management system (BTMS,battery thermal management system)of pure electric vehicles has a crucial impact on operating performance in various environments.The working principle oflithium-ion battery and the principle of heat-producing under high and low temperature was analyzed,the BTMSdesign principles were summarized,the current heat transfer enhancement measures of lithium-ion battery forelectric vehicles were summed up,and the liquid cooling and air cooling with air conditioning and refrigeration for battery themal management was proposed.Two kinds of thermal management in one system were described,which is the important research direction for the extreme conditions in the future.Key words:electric vehicles;lithium-ion batteries;phase change material;thermal management 动力蓄电池作为纯电动汽车(EV ，Electric Vehicle)的动力来源，是提高整车性能和降低成本的关键一环，其温度特性直接影响EV 的性能、寿命和耐久性。
锂离子电池因比能大、循环寿命长、自放电率低、允许工作温度范围宽、低温效应好等优点是EV 目前首选的动力蓄电池[1-2]。
锂离子电池包热管理的要求是根据锂离子电池发热机理，合理设计电池包结构，选择合适的热管理方式，合理设计热管理策略，保证电池包内各个单电池工作在合理温度范围内的同时尽量维持包内各个电池及电池模块间的温度均匀性[3]。
1锂离子电池热特性1.1锂离子电池产热机理电池在充放电过程中都会发生一系列的化学反应，从而产生反应热。
锂离子动力电池的主要产热反应包括：电解液分解、正极分解、负极与电解液的反应、负极与粘合剂的反应[4]和固体电解质界面膜的分解。
此外，由于电池内阻的存在，电流通过时，会产生部分热量。
低温时锂离子电池主要以电阻产生的焦耳热为主，这些放热反应是导致电池不安全的因素。
电解液的热安全性也直接影响着整个锂离子电池动力体系的安全性能。
实际运行环境中，动力系统需要锂离子电池具备大容量与大倍率放电等特点，但同时产生的高温增加了运行危险。
所以，降低锂离子电池工作温度，提升电池性能至关重要。
1.2电池产热量、产热速率计算电池的反应热用Q r 来表示；由电池极化引起的能量损失用Q p 来表示；电池内存在典型的电解液分解和自放电副反应，副反应引起的能量损失用Q s 表示；电池的电阻产生焦耳热为Q j 。
则，一个电池总热源可由以下公式来表示：Q a =Q r +Q p +Q s +Q j式中：V 为平均产热速率；Q 为电池工作时间内电池的总热量；t 为电池工作时间。
电池的平均产热速率(W)=产生的热量(J)/循环时间(s),则由以下公式表示：V =Q /t2BTMS 传热冷却方式BTMS 中按照能量提供的来源分为被动式冷却和主动式冷却，其中只利用周围环境冷却的方式为被动式冷却；组装在系统内部的、能够在低温情况下提供热源或在高温下提供冷源，主动元件包括蒸发器、加热芯、电加热器或燃料加热器等的方式为主动式冷却。
按照传质的不同可以分为空气强制对流、液体冷却、相变材料（PCM，Phase Change Material）、空调制冷、热管冷却、热电制冷和冷板冷却等。
根据不同的放电电流倍率、周围温度等应用要求选择不同的冷却方式。
2.1空气强制对流空气作为传热介质就是直接让空气穿过模块以达到冷却、加热的目的。
很明显空气自然冷却电池是无效的，强制空气冷却是通过运动产生的风将电池的热量经过排风风扇带走，需尽可能增加电池间的散热片、散热槽及距离，成本低，但电池的封装、安装位置及散热面积需要重点设计。
可以采用串联式和并联式通道，如图1所示。
Chen等[5]提出了精确的和简化的模型，仿真结果研究得出了电池的散热特性：1）在自然冷却下热辐射占整个散热的43%~63%；2）强化传热是降低最高温度的有效措施，但扩大强化传热的范围并不会无限地提高温度一致性。
KennethJ.Kelly等[6]利用空气强制冷却方法对丰田Prius 和本田Insight混合动力车用电池进行热管理，分别在0、25、40℃下以FTP-75和US06循环工况测试热电偶分布点的温升，并且控制风扇从低功率4W到中等功率14W，实验结果说明US06工况（包括更多的加速、减速和高速运行条件）下电池温升明显比FTP-75工况下高，但温升都在5℃之内。
此外，Mao-Sung Wu等[7]验证在极端条件下，尤其在高放电倍率、高的运行环境温度（>40℃）时，空气冷却不再适用，而且电池表面的不均匀性也成为必然。
Paul Nelson等[8]提出对于正常运行需要25kW的电堆，－30℃时冷启动只需要5 kW，但是电池不能通过自身的I2R来实现快速加热。
在这种情况下，他们提出了两种可能的加热方式：(1)电池包内固定电热丝；(2)以热传递的形式加热电池冷却液。
由于空气很难快速加热电池，我们可以考虑利用高传导率的液体来实现电池热管理。
2.2液体冷却在一般工况下，采用空气介质冷却即可满足要求，但在复杂工况下，液体冷却才可达到动力蓄电池的散热要求。
采用液体与外界空气进行热交换把电池组产生的热量送出，在模块间布置管线或围绕模块布置夹套，或者把模块沉浸在电介质的液体中。
若液体与模块间采用传热管、夹套等，传热介质可以采用水、乙二醇、油、甚至制冷剂等。
若电池模块沉浸在电介质传热液体中，必须采用绝缘措施防止短路。
传热介质和电池模块壁之间进行传热的速率主要取决于液体的热导率、粘度、密度和流动速率。
在相同流速下，空气的传热速率远低于直接接触式流体，这是因为液体边界层薄，导热率高。
Pesaran等[9]讨论了液体冷却与空气冷却、冷却及加热与仅有冷却系统的效果。
实验结果表明相对于液体冷却/加热，空气介质传热效果不是很明显，但是系统不太复杂。
对于并联型混合动力车，空气冷却是满足要求的，而纯电动汽车和串联型混合动力车，液体冷却效果更好。
David R.Pendergast等[10]利用松下(CGR18650E)单元电池包裹在三角形铝模块中，然后放在水中。
该系统理论数据和实验结果都说明电池棒内温度不会低于/高出工作温度范围（－20～60℃），该实验可被认为是简单的水冷却系统。
Paul Nelson等[8]分别用空气和聚硅酮电解流体作为电池热管理系统的冷却介质，验证了电解流体能显著降低电池过高的温度，还可以使电池模块有较好的温度一致性，此外，聚硅酮电解流体也因不溶于水而更加安全。
张国庆等[11]设计了一种液体冷却与相变材料冷却结合的装置，能够实现电动汽车电池在比较恶劣的热环境下电池装置整体有效地降温，又能满足各单体电池间温度分布的均衡，同时易循环利用，从而达到最佳运行条件，并降低成本，增强经济性。
目前制造商不愿意选择液体冷却是因为密封不好会导致液体泄漏，所以密封设计是极其重要的。
2.3相变材料冷却（PCM）一个理想的热管理系统应该能以低容积，减少质量及成本增量的情况下维持电池包在一个均匀温度。
就鼓风机、排风扇、泵、管道和其他附件而言，空气冷却和液体冷却热管理使得整个系统笨重、复杂、昂贵[12]。
相变材料由于其巨大的蓄热能力，开始被应用于动力电池包热管理系统[13]，相变冷却机理是靠相变材料的熔化（凝固）潜热来工作，利用PCM作为电池热管理系统时，把电池组浸在PCM中，PCM吸收电池放出的热量而使温度迅速降低，热量以相变热的形式储存在PCM 中，在充电或很冷的环境下工作时释放出来。
在相变材料电池热管理中，所需的PCM质量计算如下：式中：Q dis(J)是电池释放的热量；M PCM(kg)是相变材料质量；C p (J·kg－1·K－1)是相变材料的比热；T m(℃)是相变材料初始温度；H(J·kg－1)相变材料的相变潜热。