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動力電池熱管理系統(tǒng)有哪些主要功能

鉅大LARGE  |  點擊量:5275次  |  2020年02月27日  

一、動力電池熱管理系統(tǒng)的功能


由于過高或過低的溫度都將直接影響動力電池的使用壽命和性能,并有可能導致電池系統(tǒng)的安全問題,并且電池箱內(nèi)溫度場的長久不均勻分布將造成各電池模塊、單體間性能的不均衡,因此,電池熱管理系統(tǒng)對于電動車輛動力電池系統(tǒng)而言是必需的??煽?、高效的熱管理系統(tǒng)對于電動車輛的可靠安全應用意義重大。


電池組熱管理系統(tǒng)有如下5項主要功能:


①電池溫度的準確測量和監(jiān)控。


②電池組溫度過高時的有效散熱和通風。


③低溫條件下的快速加熱。


④有害氣體產(chǎn)生時的有效通風。


⑤保證電池組溫度場的均勻分布。


二、電池內(nèi)傳熱的基本方式


電池內(nèi)熱傳遞方式主要有熱傳導、對流換熱和輻射換熱3種方式。


電池和環(huán)境交換的熱量也是通過輻射、傳導和對流3種方式進行的。熱輻射主要發(fā)生在電池表面,與電池表面材料的性質(zhì)相關。


熱傳導是指物質(zhì)與物體直接接觸而產(chǎn)生的熱傳遞。電池內(nèi)部的電極、電解液、集流體等都是熱傳導介質(zhì),而將電池作為整體,電池和環(huán)境界面層的溫度和環(huán)境熱傳導性質(zhì)決定了環(huán)境中的熱傳導。


熱對流是指電池表面的熱量通過環(huán)境介質(zhì)(一般為流體)的流動交換熱量,它也和溫差成正比。


對于單體電池內(nèi)部而言,熱輻射和熱對流的影響很小,熱量的傳遞主要是由熱傳導決定的。電池自身吸熱的大小與其材料的比熱容有關,比熱容越大,散熱越多,電池的溫升越小。如果散熱量大于或等于產(chǎn)生的熱量,則電池溫度不會升高。如果散熱量小于所產(chǎn)生的熱量,熱量將會在電池體內(nèi)產(chǎn)生熱積累,電池溫度升高。


三、電池組熱管理系統(tǒng)


設計實現(xiàn)按照傳熱介質(zhì),可將電池組熱管理系統(tǒng)分為空冷、液冷和相變材料冷卻3種??紤]到材料的研發(fā)以及制造成本等問題,目前最有效且最常用的散熱系統(tǒng)是采用空氣作為散熱介質(zhì)。按照散熱風道結構,空冷系統(tǒng)又可分為串行通風方式和并行通風方式兩種,如圖4-16和圖4-17所示。



圖4-16串行通風方式



圖4-17并行通風方式


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),從而達到帶走熱量的效果。這時,氣流會將先流過的地方的熱量帶到后流過的地方,從而導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。這樣能夠更均勻地分配氣流,從而保證電池包中各處的散熱一致性。


熱管理系統(tǒng)按照是否有內(nèi)部加熱或制冷裝置可分為被動式和主動式兩種。被動系統(tǒng)成本較低,采取的設施相對簡單;主動系統(tǒng)相對復雜,并且需要更大的附加功率,但效果較為理想。圖4-18~圖4-20為空氣加熱與散熱主、被動結構示意圖。



圖4-18被動加熱與散熱-外部空氣流通



圖4-19被動加熱與散熱-內(nèi)部空氣流通



圖4-20主動加熱與散熱-外部和內(nèi)部空氣流通


圖4-18和圖4-19中,盡管空氣是經(jīng)過汽車空調(diào)或供暖系統(tǒng)冷卻和加熱的,但它仍然被認為是一種被動系統(tǒng)。


運用這種被動系統(tǒng),由于引入環(huán)境空氣的溫度的不一致性,環(huán)境空氣必須在一定溫度范圍(10~35℃)中才能正常進行熱管理,在環(huán)境極冷或極熱條件下運行電池包可能會產(chǎn)生更大的不均勻。加熱系統(tǒng)中,除了采用將熱空氣引入電池包中的方式外,還可以采用其他方式,如圖4-21~圖4-24所示(方形電池)。



圖4-21電池列前后纏繞硅膠加熱線



圖4-22電池列間添加電熱膜



圖4-23電池本體上包覆電熱膜



圖4-24電池上、下添加加熱板


動力電池的熱管理系統(tǒng)對電動汽車來說是相當重要的一部分,影響到電耗,續(xù)航,電池壽命等等。


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