电动汽车动力电池热管理技术（课件）《电动汽车控制系统故障诊断与检修》同步教学（机械工业出版社）

电动汽车动力电池热管理技术 背 景 • 缓解能源环保压力 • 加快产业结构调整 • 提升汽车业制造水平 低 技 碳 术 环 难 保 题 无发动机余热——采暖问题 电池、电机等温控问题 系统空间的局限性 热管理系统 电动汽车安全高效舒适运行的重要保证 背景—电池基本原理 •电解液、正、负极、膜、粘合剂等化学分解产生的反应热 •电池内阻存在而产生焦耳热 • Sato 等人研究表明，当电池温度高于 50℃时，放电 效率和使用寿命都会有很 大的衰减。 • Khateeb 等人指出锂电池温度在70- 100℃范围运行时，就会存在很大的安 全隐患。 • Pesaran 等人提出电池最佳的工作温度 范围是 25 ~ 40℃，合理的温度是不高 于50℃。 • 电池温度极低时（如0度以下），放电 •温度对电池的性能和使用寿命具有很大的影响 过程实现困难。 •低品位热源的高效散热技术 •低温条件下的预热 科学问题 背景—电池热力特性 背景—电池热管理技术现状 空 冷 液 冷 相 变 材 料 •车厢内的空气 •空调制冷后的空气 •强制对流 制 冷 剂 背景—电池热管理技术现状—空气 •空调制冷后的空气冷却 •车厢内的排风冷却 •车外空气冷却 本田，NISSAN LEAF, Audi 背景—电池热管理技术现状—空气 Insight Prius 背景—电池热管理技术现状—液体 背景—电池热管理技术现状—液体 雪佛兰VOLT 背景—电池热管理技术现状—液体 Porsche Panamera Audi A3 背景—电池热管理技术现状—液体 背景—电池热管理技术现状—制冷剂 Jarrett & Kim Queen’s Un. CA BEHR 热管式电池热管理技术 热管式电池热管理技术—概念的提出 •靠工作介质的汽、液相变传热，具有很高的导热能力 •电池温度场均匀性好 •电池散热量通过热管传递到介质中，对冷源的负荷具有削峰填谷的作用 Battery L shape Heat pipe Heat transfer plate Liquid box Coolant inlet 热管式电池热管理技术—单体性能研究 壳体内部充入Atonal324液体，壳体内部设置 电加热棒，通过电加热模拟电池的散热量 热管典型参数 L型 总长 (mm) 206 蒸发段长度 (mm) 120 冷凝段长度 (mm) 50 外径 (mm) 10 厚度 (压扁部分) (mm) 4.5 有效孔隙半径 (µm) 40 孔隙率 0.45 吸液芯材料 铜 吸液芯型式 烧结 工作介质 水 折弯角度 900 折弯半径 (mm) 20 翅片型式 环形 翅片高度 (mm) 5 翅片厚度 (mm) 0.5 翅片数量 (带翅片的) 10 热管式电池热管理技术—单体性能研究 锂电池放电发热量 （16.5Ah,3.2V) 单体电池发热量最大处在电池单元的下半部分和正极部分 放电状态 放电电流 放电电流 值 (A) 单体电池发热 量 (W) 0.2C 3.3 +0.41 0.4C 6.6 +1.35 1C 16.5 +3.78 2C 33 +11.92 3C 49.5 +24.42 最大持续放电 4C 66 +41.27 5C 82.5 +62.48 最大瞬 间放 电 (<10s) 6C 99 +88.04 冷却响应 恒温环境箱温度设定为35℃,恒温水浴温度设定为20℃； 发热量10W以下时，电池表面温度维持在40℃之下，相当于放电电流为2C的工况； 电池发热量增大，表面温度大约每10W上升10℃，40W发热量情况下接近于70℃； 高发热量的工况时电池放电终了温度低于稳定温度，如40W时运行900s后温度大 约为62℃； 浸没在水槽中的热管段加翅片对电池的冷却效果得到增强，平衡温度或峰值温度 都有较大下降； 在主要的电池充放电工况下能使电池温度维持在最佳温度范围，即使在恶劣的工 况条件下电池温度也能控制在许可的范围内，避免热失控。 热管式电池热管理技术—单体性能研究 动态循环方案示意图 动态循环响应  方案1，6C发热功率高达88.04W，但时间只 有短短的10s，总发热量并不大；  经过900s最大持续放电工况后温度达到最高 值63℃；翅片型峰值下降了近6℃；  充电工况，电池发热量显著降低，至充电完 毕时温度下降到接近35℃；  方案2，电池发热功率小，放电终了的温度 在41℃左右，充电过程中，温度下降到35度左 右；  试验时每组循环中电池产生的热量都能被热 管带走，达到很好地热管理效果。 热管式电池热管理技术—单体性能研究 热管式电池热管理技术—单体性能研究 低温唤醒响应 热管在低温环境（-15℃和-25℃）中持续