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     2022-01-17 次浏览

动力电池热管理是影响电动汽车电池效能的重要因素,对它的研究有助于电池效能的提高,进而提升电动汽车的整体质量。动力电池热管理系统设计的总体流程可大致划分为冷却系统、加热系统和保温系统。本文在介绍电池热管理系统设计总流程分析的基础上阐述了相应系统的基本构成结构及功能特性分析。

从宏观上讲,动力电池热管理是对电池系统内部热环境进行制约、调节和利用。其目的是为了使动力电池工作在一个最佳的热环境,充分发挥电池的性能。同时,提供一个能量平衡的环境,实现整车能量的综合利用。具体而言,热管理就是在电池系统中温度过高时,对系统进行降温;在温度过低时,对系统进行升温;在特殊情况下,譬如停车等待过程中,要对系统进行保温。根据热管理的不同应用场合和功能,分为冷却系统、加热系统和保温系统。

1、确定外部输入。这一部分通常是指考虑与分析整车使用要求和环境要求,比如功率、能量、放电倍率、行车工况、环境温度等因素。

2、根据外部输入确定电池功率需求以及能量需求。

3、计算电池生热量。通常,电池生热量可以根据电化学理论、热力学理论等计算。但在工程中,可以用简单的焦耳热去代替。

4、根据车辆使用的环境要求,确定动力电池系统是否需要设计冷却系统、加热系统和保温系统。同时,在冷却系统设计中要确定是使用自然冷却方案、强制风冷方案还是强制液冷方案。

5、根据1~4确定设计说明书,如果计算结果超过热管理设计目标,那么要重新考虑电池选型或者电池热使用环境。

6、根据设计书进行详细设计,包括结构设计以及仿真分析。在这一阶段,CFD仿真和热仿真占用了大量时间,结构设计根据仿真结果进行调整与完善。

7、动力电池的试制。

8、动力电池热管理性能测试,包括冷却效果测试、加热效果测试和保温效果测试三个基本方面。

冷却系统的基本构成与功能


冷却系统是动力电池热管理系统中最重要的组成部分。受制于目前技术瓶颈的限制,动力电池工作的温度环境要满足特定的要求。譬如磷酸铁锂电池的一般环境温度为-20℃~60℃。电池在充放电过程中会不断地产生热量,电池系统内部温度很容易超过这一范围,因此一般的电池系统都需要引入冷却系统。

根据冷却介质的不同,冷却系统通常可分为空气冷却、液体风冷和相变液冷三种冷却方式。这三种冷却方式的散热能力是依次增强的。同时,冷却系统的结构复杂度也依次增加。由于相变冷却成本比较高,考虑到降低成本的因素,目前工程技术上常采用空气冷却和液体冷却两种方式。

除了根据冷却介质区分冷却系统以外,冷却系统也常常分为主动冷却和被动冷却两种形式。通常被动冷却系统直接将电池内部的热空气排出车体,而主动冷却系统通常具有一个内循环系统,并且根据电池系统内部的温度进行主动调节,以达到最大散热能力。一般而言,被动冷却形式具有结构简单、零部件数量少、成本低等优点,被广泛用于电池冷却系统设计中。

无论是空冷系统,还是液冷系统, 完整的冷却系统应包含以下组成部分:

1、冷却动力部件,风冷系统主要是风机或风扇;液冷系统是水泵;

2、传递路径,是指冷却系统介质流经的路径,风冷系统由风管组成,液冷系统由水管组成;

3、接头件,由于传递路径不可避开的存在分叉,这些分叉部位需要接头件进行连接;

4、密封件,通常在进出风口或液体位置进行安装;

5、其它附件,主要是组成冷却系统的一些必备连接件、防尘件、卡环等等。


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