动力电池热管理系统（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）

热管理系统 情境一 动力电池热管理系统的概述 一、温度对电池性能的影响 温度是电动汽车动力电源系统中控制的最主要的参数之一，也是影响电池性能的最主要的参数，在电池的所有检测制度中，必须注明温度，原因就是温度对电池性能影响比较大，包括电池的内阻、充电性能、放电性能、安全性、寿命等。 （一）温度对放电性能的影响 温度对放电性能的影响直接反应到放电容量和放电电压上。温度降低，电池内阻加大，电化学反应速度放慢，极化内阻迅速增加，电池放电容量和放电平台下降，影响电池功率和能量的输出。 以80A·h的镍氢电池放电为例，常温下将电动汽车电池充满电，在不同温度下以1C电流放电，容量与温度的关系如图8-1所示。在-20℃，放电容量比较低，在20℃时，放电容量最大，再随着温度升高，放电容量降低，但中高温的放电容量明显比低温时放电容量大，说明中高温放电性能强于低温放电性能。 这是因为温度高，有利于合金中氢原子的扩散，提高了合金动力学性能，同时电解液KOH的导电率随温度升高而增加，在高温下电解质导电率大，电流迁移能力强，迁移内阻减小，电流充放电性能增强。 温度对过电势的影响较为显著，温度越高，过电势越小，电极反应越容易进行。这是因为电极放电反应过电势由两个因素决定：①合金与电解液接触面上的电荷转移阻力；②氢原子从合金本体到表面的扩散阻力。温度升高使氢原子扩散和电荷转移速度加快，促进电极反应的进行，反应过电势减小，因而电池的放电容量升高，同样，在高温情况下，电池的放电功率能力也会有所上升。 而在低温（-20℃）条件下，电池的放电性能差于室温时的放电性能，主要是金属氢化物低温下过于稳定、电化学反应阻抗加大引起的。 同时，低温情况下，电池的欧姆内阻也增大，影响电池放电功率的输出。 对于锂离子电池，同样低温条件下放电容量急剧下降，但在高温情况下放电容量并不比常温低，有时还会略高于常温容量，主要是高温情况下锂离子迁移速度加快，锂电极不像镍电极和和贮氢电极那样在高温情况下产生分解或形成氢气使容量下降。电池模块低温放电时，随着放电的进行，由于电阻等原因产生热量，使电池温度升高，表现为电压有抬升现象，随着放电的进行，电压再逐渐下降。 如图8-1磷酸铁锂锂离子电池的放电曲线所示。图8-2为Ni/MH电池在不同温度下的内阻和放电能量曲线。 从图中可以看到，在所测温度范围内，低温条件下电池内阻较高，随着温度的升高内阻越来越低。在低温-20℃的条件下，电池直流内阻甚至为常温25℃时的3倍，为高温55℃条件下的4倍。而放电能量的变化情况基本上与内阻的变化趋势相反。 （二）温度对充电性能的影响 温度对电池充电性能的影响更加明显。目前的动力电池，在低温下充电的明显特点就是电压迅速上升。由于在低温下充电会带来许多问题，如锂离子电池，低温充电时，正极锂脱出快，负极锂向内部的嵌入速度慢，就会造成锂金属在电极表面的积累，生成枝晶，使电池短路。 Ni/MH电池在低温充电时，由于贮氢负极对氢的吸收速度变慢，氢来不及被贮氢合金吸收，就会形成氢气，增大电池内压，影响到安全性能。纯电动汽车在低温情况下充电时可以根据温度进行控制，前期采用小电流充电，随着充电的进行，电池组温度逐渐升高，充电接受能力上升，对正常使用的影响也较小。 图8-4为在不同温度下Ni/MH电池和磷酸铁锂电池的充电曲线。可以看出，随着温度的降低，电动汽车充电电压迅速升高。镍氢电池充电中间电压有下降的趋势，主要是由于随着充电的进行，电池内部温度升高引起；磷酸铁锂电池在低温下充电很快就达到了限制电压，转入恒压充电模式。 图8-5为Ni/MH电池和磷酸铁锂电池充电效率随温度的变化曲线。从图中可以看出，在高温和低温下，Ni/MH电池的充电效率均大幅下降，主要原因是Ni/MH电池充电过程有析氧的副反应，温度越高，正常反应和副反应电位差别降低，副反应速度加快（相应正常反应比例降低），充电效率下降；而磷酸铁锂电池在充电过程中基本无副反应产生（除了一些材料的腐蚀反应外），温度升高，各类的化学反应速度加快，在一定的高温下，其充电效率还会上升。 （三）温度对荷电保持能力的影响 　温度升高，各种化学反应速度加快，电池的自放电会加大。图8-6为Ni/MH电池荷电保持能力随温度的变化趋势。 高温条件下储存，容量损失最大；低温条件下储存，容量损失最小，这主要是因为电动汽车电池在储存过程中，经高温储存后，负极活性物质的稀土元素在强碱液中不稳定，发生腐蚀生成了M(OH)n,如合金粉表面生成了氧化膜。在高温情况下NiOOH的分解也加快。 这些加速了电池高温储存条件下的自放电和容量损失。锂离子电池也存在相同的情况。为了避免在贮存时电极发生钝化或腐蚀，使电池性能降低，一般电池在贮存时需要荷一定的电量，并且对贮