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如何保持動(dòng)力電池的均溫性

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:795次  |  2020年01月16日  

基于解決石油依賴程度和降低碳排放的訴求,中國政府推出一系列政策來推動(dòng)新能源車替代部分燃油車市場份額。



從2014年至2018年,中國新能源車市場從8.9萬輛增長至121.2萬輛,增長逾12倍。


新能源車市場的增長,傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)新添了一種以電池驅(qū)動(dòng)的方式,“熱安全”的問題在整個(gè)行業(yè)成為焦點(diǎn)問題,熱管理市場也會(huì)迎來一波新的增長。


電池的“不安全因素”和驅(qū)動(dòng)作用,決定了其在熱管理系統(tǒng)中重要位置。并且,電池的工作溫度關(guān)系到電池的性能、壽命等重要因素,所以在適當(dāng)?shù)臏囟认鹿ぷ鳎瑢τ陔姵貋碚f,相當(dāng)重要。



電池的“熱管理”不僅僅局限在給電池降溫,而是涵蓋其在“動(dòng)”和“靜”的狀態(tài)下溫度的平衡,主要狀態(tài)包括給電池加熱來進(jìn)行快速啟動(dòng)、高溫狀態(tài)下散熱、電池組內(nèi)的溫度均勻分布,整個(gè)系統(tǒng)還包括溫度監(jiān)測以及有害氣體排放的設(shè)置,這樣下來才算一套完整的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。


不過這個(gè)三種熱狀態(tài)管理方式中,最終決定電池壽命及性能的,還是系統(tǒng)均溫的平衡能力。


現(xiàn)實(shí)情況是,極耳的溫度不完全代表極片的中心最高溫度,再加上疊片工藝不同傳熱途徑不同,所以單體電芯上溫點(diǎn)采集布置是不確定的。單體電芯組成的模組、包體,因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、布置的差異也是完全不同的,所以溫度采集點(diǎn)的布點(diǎn)也是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。


一個(gè)比較耗成本的方式是盡可能多地布溫度采集點(diǎn),但是這就意味著會(huì)在電池包上有更多的累贅,電池能量密度和系統(tǒng)功率會(huì)受影響,同時(shí)車企在成本上也吃不消。但是如果要得到更準(zhǔn)確的溫度情況,溫點(diǎn)的采集自然是非常重要的。


在采集完溫度之后,接下來就是對于不同狀態(tài)下溫度的監(jiān)測了,電芯上布置溫度傳感器,連接導(dǎo)線到BMU里面的測溫電路中,對電池溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。


根據(jù)此前愛馳汽車熱管理專家宋兆普給出的參考資料,不同狀態(tài)下單體電池之間的溫差應(yīng)該小于5℃-8℃(僅供參考)。


為了保證電池單體之間的均溫性,車企需要在不同車況下對電池進(jìn)行加熱和冷卻來保持電池的正常溫差,目前市面上比較被認(rèn)可的既能加熱又能冷卻的是電池?zé)峁芾砑夹g(shù),包括電池加熱和電池冷卻。


液冷技術(shù)主要是通過液體來傳輸熱量,液體介質(zhì)的熱容量大、冷卻速度快,所以能夠比較快地降低最高溫度和均衡電池組溫度。同時(shí),液冷系統(tǒng)比較靈活,可將電池單體或模塊沉浸在液體中,也可以在電池模塊間設(shè)置冷卻通道,也可在電池底部采用冷卻板。


液冷是目前許多電動(dòng)乘用車的優(yōu)選方案,寶馬i3、特斯拉、通用Volt、吉利帝豪EV等都是使用的液冷技術(shù),但是液冷的排列方式各異。


特斯拉采用蛇形的排列方式,而且最近還公布了一項(xiàng)新專利“液冷充電連接器”,這款連接器與充電站用的充電連接設(shè)備相類似,能夠連接功率更大的直流快速充電器,且能夠幫助充電設(shè)備快速散熱。



Volt與特斯拉不同的是,冷卻通道是安在兩個(gè)軟包電芯之間。相較于蛇形冷板,液冷系統(tǒng)的壓力損失較小。



在液冷技術(shù)中,電芯的熱量通過導(dǎo)熱硅膠片傳遞至液冷管,然后由液冷管熱脹冷縮自由流動(dòng)運(yùn)輸熱量,啟動(dòng)前的電池預(yù)熱加熱片的熱量通過導(dǎo)熱硅膠片將熱量傳遞給電池組。



此外,主動(dòng)直冷也是部分車企的選擇方式之一。



制冷劑直接冷卻是指在整車或電池系統(tǒng)中建立一個(gè)空調(diào)系統(tǒng),將空調(diào)系統(tǒng)的蒸發(fā)器安裝在電池系統(tǒng)中,制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)從而快速將電池系統(tǒng)的熱量帶走。


加熱模式的話,目前主流是PTC水加熱方案,通過對適用直流電驅(qū)動(dòng)的陶瓷加熱器,為流通的冷卻液加熱,經(jīng)過電子水泵送至動(dòng)力總成進(jìn)行加熱工作。



NE時(shí)代研究認(rèn)為,過渡期加熱方式將使用小功率PTC+熱泵的形式,后期以熱泵為主。


對于保持電池的均溫,除了借靠外力對其溫度進(jìn)行調(diào)控,影響電池溫度一致性的一個(gè)很大的原因是模組里面各個(gè)單體電芯之間的一致性,同一極片會(huì)因?yàn)橥坎己穸裙に嚧嬖跍夭睿栽谶M(jìn)行溫度調(diào)控之前,做好電池的一致性也是一個(gè)很重要的因素。


文章來源:NE時(shí)代


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