略谈新能源汽车电池包热管理(略谈新能源汽车电池包热管理问题)

电池热管理系统是保证电池温度稳定的关键系统,是电池保护十分重要的一个模块。

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电池包构造:

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新能源汽车电池包系统

主要由电池模组、电连接系统、机械结构、电池热管理等系统组成。

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电池管理系统由电池传感器、控制器、制动器等组成。其保证电池组在安全工作情况下,提供车辆控制的必备信息,根据车辆需求来决定电池的充放电功率。能够为ECU提供参数监测、电池状态、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、电池热管理等服务。

电池模组:

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由多个单体的电池并联起来或者串联构成,主要负责释放和储存能量,将能力转化为汽车行驶的动力,电池模组一般由铝合金外壳包裹,安装在电池包箱体的内侧。

电连接系统:

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由高压跨接片 、高压线束、 低压线束 、继电器组成。能够将动力电池系统的电信号源源不断输送到各个所需的部件中,低压线束起到传输信号/ 检测信号/ 控制信号的作用。

机械结构:

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由电池包外壳 、 金属支架 、 固定螺栓组成。可以对电池模组起到支撑作用 、 抗机械冲击载荷、 机械振动载荷 /、防水防尘的保护。

电池热管理系统:

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一种通过合理的降温方式把电池工作生成的热量带走的系统,使得电池在一个合理的温度范围内工作和运行,以提高电池模组的寿命和可靠性。

T型电池包结构

它的一部分是位于车体的中心位置,距离车体外壳较远,能够有效地避免车体两侧外力对电池包的挤压破坏,但是大部分电池模组集中在车体后侧,一旦电池包受到后方碰撞,电池包的安全性极易受到威胁。

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平板电池包结构

安装在整个车体的下方,增大了车厢内部空间,但平板型电池包贴近地面的面积更大,更易受到特殊路面情况的影响。

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电池热管理系统的冷却方式

电池模组空冷方案

电池组的空气冷方式,通过流动的空气循换热量,对电池模组进行降温和升温,使得电池模组在安全的温度范围内运行和工作。目前空气冷却的方案多是通过设计风扇、 电池排布 、空气流经路径 、交替通风等方式来实现电池模组的热管理。

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串行风冷的方案相对简单,其根据散热的需求设置送风装置的分布位置,这样对模组尺寸的包容性更加好,缺陷就是易造成温度分布的不均匀。行业内专家设计了一种具有散热孔的电池模组强制空冷散热方案,且与三种典型阵列的电池组的散热情况对比,对不同进口的空气温度和进口风速对电池模组的冷却效果进行分析,最终发现并排的模组降温效果最佳,其温度均匀性最出色,

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并行空冷可以令电池冷却的效果更出色,保证了电池温度的均匀性,但是由于并行风冷送风口设计在电池轴向的方向,会对送风口的布置 和模组尺寸的要求提高。基在模组中,每个电池之间设计空气管道,其通过改变管道上孔的直径和数量获得最优管道的参数,将模组最高温度成功降低,并改善温度均匀性。

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空冷方案的优劣:

空冷的方案虽然增加了风扇质量,但是不会增加电池模组的重量,其所占空间比其他方案的冷却方式要小,空冷方案灵活性非常高,由于经济性和电池包轻量化,空冷具有不可替代的优势。

但是其相对于液冷和相变材料的冷却,在相同的能量消耗的前提下,空气冷却效果较差。

电池模组液冷方案

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液体冷却一般具有较高的传热系数,它可带走电池模组非常多的热量,这样液体介质可以同时循环利用,将成本一起降低了。而且其高效率和低能耗,目前液冷成为电动汽车热管理系统的最佳的方案。

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液冷的优劣:

液体冷却电池模组的效果更好,同时比相变冷却的占用空间要小,液体循环使用,其整体经济性更高。

液冷具有安全性问题,如果车辆行驶过程中液体管道受损,液体泄漏会影响电池包寿命,如果液体具有可燃性,甚至会造成电池包起火。

电池模组相变材料冷却:

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PCM 相变材料是新型 BTMS 的最理想选择。由于利用其高潜热,PCM 可以吸收大量的热量产生的电池,而不改变自身材料温度。基于 PCM 的 BTMS 可以控制电池组在理想的温度范围内工作,还可以保持所有电池内部的温度均匀性。石蜡因其潜热大、无毒、价格低廉、导热系数低、形状稳定性差等优势。

为了将相变材料的导热系数提高,行业内尝试已经将石墨 与 泡沫金属以及碳纤维等导热增强材料和石蜡基体混合,一起合成各种复合相变材料。利用化学气相沉积技术开发了石墨烯涂层泡沫镍,其导热系数提高了 23 倍,而且潜热和比热均降低了 30%,在 0.5C 放电速率下,电池表面温度较泡沫镍降低 17%。而且加入 EG 之后电池的热管理性能还可以明显提高,改善了 CPCM 的导热性。

相变材料冷却的优劣:

冷却方案中散热性能最佳。但是材料原理复杂,经济性不高,运用性不强。

电池的热管理意义

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电池热管理系统是保证动力电池在汽车上的使用性能、安全性和寿命的关键技术。热管理系统的主要功能包括:

1、在汽车电池出现过高温度现象时的有效散热,预防产生热失控相关的燃烧事故。

2、在电池出现温蒂较低现象时进行预热,将电池温度提升,确保低温下的放电/充电的性能及其电池安全性。

3、电池热管理可以通过抑制局部热区的形成,来减小电池组内的温度差异,同时预防高温处的电池过快衰减,将电池组的整体寿命抑降低。

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