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电池热管理系统介绍-电池热管理系统介绍怎么写
来源:本站 时间:2024-07-24
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。

五分钟看明白电动车电池热管理系统有啥用

文/碳纤维圣斗士

随着排放要求的日趋严格,电池技术和价格上的日益优化,基础设施的不断完善以及消费者对电动车接受度的不断提高,从长远来看,新能源汽车尤其是纯电动汽车,将继续保持其全球增长势头。

电动车上最值钱的零部件就是电池。对于电池而言,岁月不是一把杀猪刀,温度才是杀猪刀。不管电池技术水平有多牛,遇上极端温度都得歇菜。所以电池热管理系统应运而生。

关于三元锂、三电系统这一类词汇,咱们之前的扫盲班已经讨论过了,今天咱们就来掰扯掰扯电动车的电池热管理系统。对此我们专门请教了这一领域的专家,海拉中国区执行器项目负责人Lars Kostede先生。

热管理系统是啥?

不要被这个术语唬住,就好比路边的手机贴膜,说好听点就是“高分子表面处理”。传统燃油车上的发动机冷却系统——也就是俗称的水箱,还有就是车载空调,都属于热管理系统。“热管理系统”更多的是一种统称。

不同的热管理系统针对不同的领域,例如水箱针对的就是发动机,而车载空调就是驾乘舒适性的最大决定性因素——没有之一。一辆车但凡空调罢工,底盘滤震能力再强,NVH再好又能怎样?没有空调的劳斯莱斯,不如奇瑞QQ——尤其是在这个季节,车主的命都是空调给的。

而电动车电池热管理系统,其实针对的就是动力电池而已。

电池为啥需要热管理系统?

相对于燃油车,电动车“独有”的安全隐患就是动力电池热失控。热失控发生之后,会产生类似热核反应的链式传播。

以大家所熟知的18650三元锂电池为例,若干个电池单元组成电池包,某颗电池单元发生热失控之后,热量会向周围转播,然后周围的电池单元就会像放鞭炮似的一个接一个发生连锁反应。在这个过程中,会引发包括中间温度升高率,化学能产热和电能产热,还有传热对流等等在内的诸多研究课题。

控制这样的链式热失控,最简单也是最有效的办法就是在动力电池单元之间加隔热层——现在很多燃油车讲究一点的话,也会在蓄电池外部包一圈隔热层。

尽管隔热层属于是最简单的一种电池热管理系统,但也是最麻烦的一种热管理系统,一方面隔热层的厚度会直接影响电池包的整体体积;另一方面隔热层属于是“被动热管理系统”,当电池包需要加温或降温的时候,隔热层就会拖后腿。

传统锂电池的最佳工况温度在0-40℃之间。温度太高的话,电池储存能力和电池循环寿命都会降低。其实夏天地面温度超过40℃是大概率事件,而且众所周知的是,夏天密闭车内温度或超过60℃,同理,电池包内部也属于密闭空间,同样也会很热……对于电动车来说,完善的电池热管理系统必不可少。

2011年在北美大规模销售的某品牌电动车,正式由于电池热管理系统比较简单,5年后均出现了比较严重的电池容量衰减,以至于北美车主们不得不自掏5000美元更换电池。

而温度如果低于0℃的话,普通锂电池放电能力就会相应降低——也就是俗称的“跑电”。而且,温度越低,电池的电离活性越差,就会导致充电效率降低即“充电难,容量低”。好的电池热管理系统,在低温充电前都会给电池包加热升温,接电状态下甚至具备低能耗保温功能。

其实也有企业开发出了针对极端环境温度的特种锂电池,比如专为极地环境设计的,能在-40℃低温下实现0.2C快速充电,以及不低于80%放电容量的低温锂电池;还有能在-50℃ 到70℃温度区间内不借助任何热管理系统就能正常工作的宽温锂电池等等。

这些锂电池在能量密度和成本方面都很难满足车企的需求,所以对于车企来说,电池热管理系统依旧是保证电池寿命和工况的经济解决方案。

电池热管理系统是怎么工作的?

电池热管理系统的工作原理和家用空调极为相似。简单说来就是测控单元负责监测温度,温控总成驱动导热介质完成最终的温度控制。只不过电池热管理系统的温控精度要比家用空调高很多,甚至可以对电池包内单个电池单元的温度实施监控。

电池热管理系统上常见的导热介质主要是空气、液体与相变材料这三大类。处于效率和成本因素,目前主流的电池热管理系统大多采用液体作为导热介质。而这类电池热管理系统的核心部件就是泵机。

目前海拉为新能源汽车的电池热管理系统提供诸多核心零部件,最具代表性的就是电子循环水泵MPx,该水泵可按需精准控制冷却液的压力和流量,将电动汽车的电池包的工况温度保持在理想水准,从而实现电池系统的经久耐用。

此外,Lars Kostede先生表示,海拉的电池热管理系统还针对车企尤其是中国车企,提供系统解决方案,而不仅仅单一产品解决方案——这点相当重要……

那么,什么叫系统解决方案,什么是单一解决方案?

以买电脑为例,你告诉卖家你要的性能、用途还有所能承受的价格,卖家帮你挑出几款产品并告诉你保修政策,你看中了一款,付钱,并告知卖家希望安装什么版本的操作系统,第二天电脑送到,你签收即可,电脑坏了直接找商家——这叫系统解决方案。

而单一解决方案就是,你自己去市场上买机箱、CPU、风扇、内存、硬盘、显卡,然后自己组装一台。这个过程没两天是搞不定的。而且组装出来的电脑没有整机保修,一旦当机了,需要自己去一个一个排除配件故障,找到故障配件之后和相关配件供应商沟通。而且,由于配件故障导致的第三方配件损毁,例如由于风扇问题导致CPU烧毁,充其量风扇供应商赔你一个新风扇,CPU的损失是不赔的……

这就是系统解决方案和单一解决方案的区别。

 

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