半导体制冷片厂家
 
 
行业新闻 制冷技术 公司新闻 半导体技术
电动汽车电池热管理系统的作用、电动汽车电池热管理系统的结构
来源:本站 时间:2024-06-30
事关新能源汽车安全性,动力电池热管理系统简析

特斯拉又有又双叒叕发生自燃了,在广州市天河区,一辆特斯拉Model S发生自燃,车辆损失严重,而这距离上一次特斯拉Model S在美国碰撞后自燃还不到两个月。

特斯拉发生自燃事件已经不是一次两次了,每次也都引起了极大的轰动,而结果往往都是不了了之,特斯拉并没有公布汽车自燃的原因。

事实上,人们关注的不仅仅是特斯拉的自燃问题,更多的是新能源汽车安全性的问题,毕竟特斯拉在新能源汽车市场算是旗帜一般的存在,如果特斯拉的产品不能够令人信任,那么消费者在面对新能源汽车时自然会有顾虑。

新能源汽车的安全性一直都受到极大的关注,而大家的关注点也都是跟电池相关的,包括起火爆炸、漏电、涉水、辐射等等。其实,车企在研发新能源汽车的时候会将这些问题考虑在内,为了安全会解决问题或者在某些方面做出妥协。

在这里,我们主要了解动力电池的冷却系统,冷却性能的好坏会直接影响电池的效率,同时也会影响电池的寿命和使用安全。

动力电池在充放电的过程中会产生一定热量,从而导致温度上升,温度升高会影响电池的很多特性参数,如内阻、电压、可用容量、放电效率和电池寿命等等。

为了尽可能延长动力电池的使用寿命并获得最大功率,需要在规定温度范围内使用电池,这就涉及到动力电池的冷却系统。

目前新能源汽车动力电池系统的热管理主要可分为四类,自然冷却、风冷、液冷和直冷,其中自然冷却是被动式的热管理方式,而风冷、液冷和直流是主动式的,而这三者的主要区别在于换热介质的不同。

自然冷却

自然冷却没有额外的装置进行换热,通俗的讲就是靠自然风吹,例如比亚迪秦、唐以及腾势等采用LFP电芯的车型上都采用了自然冷却。

自然冷却的优势是结构简单、成本低、占用空间较小,缺点也比较明显,散热效率低,无法适应大功率充放电的冷却需求,一般只用于运行工况缓和、对成本敏感的电动汽车。

风冷

在市面上所售的新能源电动汽车中,风冷的比重仍然较大,是目前新能源汽车动力电池中应用较为广泛的散热技术。

风冷采用空气作为换热介质,原理是利用散热风扇将来自车厢内部的空气吸入动力电池箱,以冷却动力电池以及动力电池的控制单元等部件。像丰田普锐斯、本田Insight、凯美瑞混动版以及卡罗拉双擎等车型都采用了风冷式的电池冷却系统。

与其它技术相比,风冷技术相对简单、安全维护也比较方便,能够在低成本的情况下,达到良好的散热性能。

不过,风冷技术的劣势也非常明显,尤其是与液冷技术相比,它与电池表面之间的热交换系数低,冷却、加热的速度仍然比较慢,电池箱内部温度均匀性不容易控制,且电池箱的密封设计较难,防尘防水效果较差。不得不说的是,一些电动汽车起火事件,就是由于风冷技术的热管理性能比较差。

液冷

随着使用环境对动力电池的要求越来越高,液冷技术也逐渐取代风冷技术成为各大车企的优先选择,尤其是在大中型纯电汽车中,液冷系统的使用率非常高,在小型纯电动汽车乃至插电式混合动力汽车中,应用液冷的新车型也越来越多。

液冷技术的原理是通过电池包内部的冷却液来带走电池在工作中所产生的热量,以达到降低电池温度的效果。

简单来讲,液冷系统技术在电池包里穿过一个水管,需要为电池降温的时候就往水管里通冷水,通过冷水带走热量降温,而需要升温的时候就往水管中通入热水。

液冷系统对电池包的温度控制效果要优于风冷系统,液体介质的换热系数高,热容量大、冷却速度也更快。

据了解,目前特斯拉Model S、帝豪EV、江淮IEV6E等都采用了液冷技术,值得一提的是江淮IEV6E运动版是国内首款采用液冷技术的微型纯电动汽车,它所装配的液冷式电池温控系统,可以将电池温度控制在15-35℃之间,在-30-55℃的环境下都可以正常使用相当出色。

直冷

最后要说的是直冷系统,直冷系统与液冷系统的结构类似,但直冷会直接将汽车空调系统的制冷剂注入电池包内部,制冷剂在气液相变过程中能够吸收大量的热,更快速的带走电池内部的热量,散热效率更高。

直冷采用制冷剂作为换热介质,制冷剂能够在过程中吸收大量的热。直冷相比液冷能够将换热效率提升三倍以上,更快速的将电池系统内部的热量带走。宝马i3中便采用了直冷的方案。

直冷系统提高了换热效率,但也有缺陷,它对系统的气密性要求较高,对生产制造工艺提出了更高的要求,再就是直冷系统 的散热均匀性不易控制,电芯温差存在过大的风险。

此外,直冷系统只能够集成散热的功能,不具备加热的功能,需要另外安装一套独立的加热系统来应对冬季的低温。

在新能源汽车发展的早期,市场上多以A00与A0级车型为主,这些车型对性能的要求不高,多为城市上下班通勤使用,而且受限于成本,往往会采用自然冷却或者是风冷。

但是随着新能源汽车的发展,市场的进一步推广,新能源汽车市场的结构在逐渐趋向成熟,A级车以上的市场份额逐渐提升,同时对续航里程、能量密度、电池容量与充电速度等提出更高的要求。

随着电池能量密度越来越高,电池的安全性问题也要引起格外的重视,因为热失控后的负面影响会比较大,而液冷系统在换热效率、控制温度升高与降低以及NVH等方面都有不错的表现,或许会得的更广泛的应用。

新能源汽车发展已经进入到白热化的阶段,对于电池技术的要求越来越高,而热管理系统对电池的安全性能够发挥极大的作用,它快速的发展也能够让新能源汽车处于更好的进步中。

谁“冻”了我的电池?浅谈新能源汽车电池热管理系统

[资讯-牛车网]

说到纯电动汽车,最大的问题大概就是续航里程了吧。在北方开新能源电动车的朋友都知道,一到冬天续航里程就会大幅降低。造成不敢开空调制热,只能在车厢里忍受严寒而瑟瑟发抖。直接导致对新能源汽车的体验极差。想要解决这个问题,我们就得依赖电池管理系统。今天小编就跟大家聊一聊这个话题。

什么是电池管理系统

电池管理系统的主要任务是保证电池组工作在安全区间内,提供车辆控制所需的必需信息,在出现异常时及时响应处理,并根据环境温度、电池状态及车辆需求等决定电池的充放电功率等。BMS的主要功能有电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等。

热管理系统的重要性

电池的热相关问题是决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本的关键因素。首先,锂离子电池的温度水平直接影响其使用中的能量与功率性能。温度较低时,电池的可用容量将迅速发生衰减,在过低温度下(如低于0°C)对电池进行充电,则可能引发瞬间的电压过充现象,造成内部析锂并进而引发短路。其次,锂离子电池的热相关问题直接影响电池的安全性。生产制造环节的缺陷或使用过程中的不当操作等可能造成电池局部过热,并进而引起连锁放热反应,最终造成冒烟、起火甚至爆炸等严重的热失控事件,威胁到车辆驾乘人员的生命安全。另外,锂离子电池的工作或存放温度影响其使用寿命。电池的适宜温度约在10~30°C之间,过高或过低的温度都将引起电池寿命的较快衰减。动力电池的大型化使得其表面积与体积之比相对减小,电池内部热量不易散出,更可能出现内部温度不均、局部温升过高等问题,从而进一步加速电池衰减,缩短电池寿命,增加用户的总拥有成本。

电池热管理系统是应对电池的热相关问题,保证动力电池使用性能、安全性和寿命的关键技术之一。热管理系统的主要功能包括:

1、在电池温度较高时进行有效散热,防止产生热失控事故;

2、在电池温度较低时进行预热,提升电池温度,确保低温下的充电、放电性能和安全性;

3、减小电池组内的温度差异,抑制局部热区的形成,防止高温位置处电池过快衰减,降低电池组整体寿命。

电池包(PACK)内的温度环境对电芯的可靠性、寿命及性能都有很大的影响,因此,使PACK内温度维持的一定的温度范围区间内就显示尤其重要。这主要是通过冷却与加热来实现,其冷却方式主要分为三类:

1、 风冷:风冷是以低温空气为介质,利用热的对流,降低电池温度的一种散热方式,分为自然冷却和强制冷却(利用风机等)。该技术利用自然风或风机,配合汽车自带的蒸发器为电池降温,系统结构简单、便于维护,在早期的电动乘用车应用广泛,如日产聆风(Nissan Leaf)、起亚Soul EV等,在目前的电动巴士、电动物流车中也被广泛采纳。

2、 液冷:液体冷却技术通过液体对流换热,将电池产生的热量带走,降低电池温度。液体介质的换热系数高、热容量大、冷却速度快,对降低最高温度、提升电池组温度场一致性的效果显著,同时,热管理系统的体积也相对较小。液冷系统形式较为灵活: 可将电池单体或模块沉浸在液体中,也可在电池模块间设置冷却通道,或在电池底部采用冷却板。电池与液体直接接触时,液体必须保证绝缘( 如矿物油) ,避免短路。同时,对液冷系统的气密性要求也较高。此外,就是机械强度,耐振动性,以及寿命要求。 液冷是目前许多电动乘用车的优选方案,国内外的典型产品如宝马i3、特斯拉、通用沃蓝达、吉利帝豪EV。

3、 直冷:直冷(制冷剂直接冷却):利用制冷剂(R134a等)蒸发潜热的原理,在整车或电池系统中建立空调系统,将空调系统的蒸发器安装在电池系统中,制冷剂在蒸发器中蒸发并快速高效地将电池系统的热量带走,从完成对电池系统冷却的作业。目前通过直冷的冷却方式基本在电动乘用车上,最典型的如BMW i3(i3有液冷、直冷两种冷却方案)。

写在最后

纯电动汽车中电池的温度直接影响了电池的安全性,因此电池的热管理系统是我们最应该关注的环节。这也将成为未来电动车优化的重点之一。

 

联系我们


微信手机同号:18038109954
库尔能源制冷片总部:深圳市宝安区西乡街道名优采购中心B座B210。联系电话:18038109954 胡总监 (TEC制冷片厂家) 粤ICP备2024213474号 XML地图 半导体制冷片厂家