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動力電池冷卻系統技術分析

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年07月23日  

動力電池的冷卻性能的好壞直接影響電池的效率,同時也會影響到電池壽命和使用安全。由于充放電過程中電池本身會產生一定熱量,從而導致溫度上升,而溫度升高會影響電池的很多特性參數,如內阻、電壓、SOC、可用容量、充放電效率和電池壽命。

在電動汽車中,冷卻系統主要分為兩部分:一是對動力系統的驅動電機、車輛控制器和DC/DC等部件冷卻,二是對供電系統的動力電池和車載充電器冷卻。本篇探討動力電池冷卻系統。

目前,電動汽車動力電池為鋰離子電池鋰離子動力電池的性能對溫度變化較敏感,車輛上的裝載空間有限,車輛所需電池數目較大,電池均為緊密排列連接。當車輛在高速、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,以不同生熱速率產生大量熱量,加上時間累積以及空間影響會產生不均勻熱量聚集,從而導致電池組運行環境溫度復雜多變。

動力電池的冷卻性能的好壞直接影響電池的效率,同時也會影響到電池壽命和使用安全。由于充放電過程中電池本身會產生一定熱量,從而導致溫度上升,而溫度升高會影響電池的很多特性參數,如內阻、電壓、SOC、可用容量、充放電效率和電池壽命。

為了使電池包發揮最佳性能和壽命,需要優化電池包的結構,對它進行熱管理,增加散熱設施,控制電池運行的溫度環境。

主要冷卻方案

不同的熱管理系統,零部件類型的結構不同、重量不同以及系統的成本不同和控制方式不同,使得系統所達到的性能也不相同。在進行電池包熱管理系統類型設計選擇時,需要考慮到電池的冷卻性能需求,結合整車的性能以及空間大小,系統的穩定性和成本高低也是要考慮的因素。

不同冷卻系統工作示意

1、風冷

國內外電動汽車電池組的冷卻方式上主要有以下幾種:空氣冷卻、液體冷卻、熱管冷卻。目前空氣冷卻方式仍然是主要采用的方法,空氣冷卻比較容易實現,但冷卻效果不佳。

2、液冷

液體冷卻有較好的冷卻效果,而且可以使電池組的溫度分布均勻,但是液體冷卻對電池包的密封性有很高的要求,如果采用水這類導電液體,需用水套將液體和電池單體隔開,這樣不僅增加了系統的復雜性而且降低了冷卻效果。

一般冷卻系統都是安裝在電池組模塊附近,原理和空調的制冷原理相似,冷卻系統通過管路和單個電池模塊相連,管路里循環流動冷卻液(一般是乙二醇),將單個電池模塊的熱量帶走,冷卻系統將乙二醇制冷,多余熱量通過風扇排到外界,而乙二醇再次循環進入電池模塊,繼續吸收電池散發的熱量。

3、熱管技術

熱管技術可以滿足電池組的高溫散熱與低溫預熱雙工況要求,響應快,溫度均勻性好,作為電池組新的冷卻方法被提出后,有了一定的發展,且作為產業研究的重點方向,但是受到布置和體積的限制,目前還沒有實車使用。

從現有電動汽車動力電池冷卻方式來看,風冷一直占據主要的位置,尤其是日系電動汽車,基本采用風冷系統。隨著應用環境對電池的要求越來越高,液冷也成為車企業的優先方案,如特斯拉、寶馬等品牌。我國主流電動乘用車企業也開始轉向液冷系統,從中長期趨勢來看,液冷將占據主流。

電池包冷卻系統主要組件

不同的冷卻系統有相對應的冷卻組件:風冷系統主要部件為風機,液冷系統主要部件為冷卻板。

風冷系統組件:冷卻風道、風機、電阻絲

風機的選型直接影響電池包空冷系統的冷卻效果。風機的選型要求如下:根據電池的熱生成速率確定空氣流量;滿足每個模塊的溫升要求;基于系統所需空氣流量以及系統的壓降曲線選擇滿足要求的風機。

液冷系統組件:水冷管道、冷卻泵、冷卻閥、冷卻板

冷卻板作為電池包液冷系統中最關鍵的零部件之一,冷卻板的選型至關重要。冷卻板的選型必須滿足如下要求:冷卻板的壓降必須滿足客戶要求;冷卻水流動的一致性要求;爆破壓力要求;冷卻板的機械要求;冷卻板必須通過振動和沖擊載荷測試;冷卻板必須滿足公差要求以及空間尺寸要求。

電池冷卻系統組件生產企業眾多,主要部件大多由傳統電氣企業提供,目前電池管理系統企業及PACK組裝企業也有涉及定制化產品的生產。

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