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设计纯电动汽车电池组热管理系统

   次浏览   本站   2018-03-03

摘要:电池系统作为纯电动汽车惟一的动力来源,其热管理设计对电动汽车工作性能至关重要。采用隔热材料、空调压缩机散热、半导体制冷风扇散热3种方法进行电池组热管理设计,进行高温环境下的热性能测试,结果表明:隔热设计可有效减少高温热辐射进入电池箱内部,降低电池组温度受外部高温环境的影响;在电动汽车行驶过程中,隔热材料未明显增加电池组的温升;相对其他两种设计,隔热设计的热管理效果明显、结构简单、成本低、易于产业化。

1电池系统概述

    电池系统作为纯电动汽车的核心部件,是电动汽车惟一的动力来源,直接影响到电动汽车的工作性能。电池系统主要由电池组和电池管理系统组成,铿离子电池因其优异的能量密度、功率输出特性和长寿命等优点,目前在纯电动汽车电池组中得到良好应用。但锉离子电池的性能对温度变化较敏感,尤其是纯电动汽车上使用的大容量、高功率的锉离子电池。从目前行业水平来看,电池组的低温(-20 ℃)起动性能基本能够满足纯电动汽车的要求,但在高温或大倍率放电情况下使用时,电池组存在长时间处于高温环境、热量不能有效扩散的问题。由于纯电动汽车所需电池数量较多且装载空间有限,电池均需为紧密排列连接,当电动汽车在不同工况下行驶,电池组会以不同倍率放电,以不同生热速率产生大量热量,随着时间累积及空间影响会产生不均匀的热量聚集,从而导致电池组运行环境温度不均衡。尤其夏季高温天气,电池组所处的环境温度本身就很高,加之在复杂工况条件下运行,更容易导致电池组系统温度过高和温度分布不均衡。如果整个电池组在高温下得不到及时的通风散热,过高的工作温度和过大的温度差异得不到缓解,将降低电池系统充放电循环寿命,影响电池的功率和能量发挥,严重时还会造成热失控,最终影响电池组的安全性和可靠性。 

    为了提高电池组在高温环境下的循环寿命和安全性,本文采用几种方式优化电池组结构,设计电池组热管理系统。 

2电池热管理系统的设计

2.1电池系统的隔热设计

    针对夏季高温天气,由于长时间高温热辐射,热量进入到电池箱内部,导致电池组温度过高,加上车辆行驶时电池本身发热,容易使电池组始终处于高温工作状态。 

    隔热设计采用在电池箱内壁贴一层隔热膜后,再将电池组安装在电池框内。设计思路:在夏季高温环境下减少热辐射进入电池箱内部,降低电池组温度受外部高温环境的影响。

经过初步筛选,采用两种不同的隔热材料A、B进行性能验证。试验步骤如下:先将准备好的2个电池箱体内分别贴一层隔热材料A和B,再将电池组安装在电池箱内,在电池组上布置2个温度传感器,然后将2个箱体放到高温箱中进行试验。 

    为获得更好的试验效果,将高温箱温度升到65℃进行两种材料的隔热效果验证。

采用隔热材料B,经过7h电池表面温度与高温箱内温度平衡,隔热材料A的箱体在5h之内,电池表面温度就与高温箱内温度相同了,因此材料B的隔热效果优于材料A,后续的设计选用材料B进行隔热设计。

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