• 電芯熱管理介紹

鋰電池Pack設(shè)計(jì)需要保證電池始終處在一個(gè)比較舒適的溫度環(huán)境（電池溫度范圍：15-40℃；電池之間的溫差：5-10℃）下工作，從而保證整車的長(zhǎng)壽命、良好的續(xù)航里程性能、良好的功率性能以及較短的充電時(shí)間。高低溫環(huán)境對(duì)電芯的影響體現(xiàn)在循環(huán)壽和放電容量降低、放電功率受限、充電時(shí)間延長(zhǎng)。從而導(dǎo)致了整車上的體驗(yàn)是汽車使用壽命和續(xù)航能力減小，加速性能降低、等待時(shí)間延長(zhǎng)。

人們對(duì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程、充電時(shí)間的要求越來越高，行之有效的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)對(duì)于提高電池整體性能具有重要意義。

熱管理達(dá)到的效果：

• 避免熱失控

• 保證電池事宜的工作溫度范圍

• 減小電池溫度差異，保證電池溫度均勻性

• 低溫環(huán)境中迅速加速或者保溫

• 高溫環(huán)境中有效散熱

• 避免局部溫度過高

• PACK產(chǎn)熱過程

• 熱管理系統(tǒng)分類

常見的冷卻方式主要有自然冷卻、強(qiáng)制風(fēng)冷、液冷和直冷，這四種冷卻方式的冷卻效率依次增強(qiáng)。冷卻效率主要是通過對(duì)流換熱系數(shù)來表征，一般情況下根據(jù)整車使用環(huán)境、整車工況和電芯特性確定系統(tǒng)所需要的對(duì)流換熱系數(shù)，然后綜合質(zhì)量、空間和成本等因素確定冷卻方式。各個(gè)熱管理系統(tǒng)具有自己的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，目前國(guó)內(nèi)以液體熱管理為主流。

不同電芯介紹

• 圓柱電芯模組

  
  

• 圓柱電芯熱管理

  
  

• 方形電芯模組

• 方形電芯熱管理

  
  

• 軟包電芯模組

  
  

• 軟包電芯熱管理

• 不同電芯熱管理比較分析：

相同之處：

• 通過增加散熱通道，提高散熱效率

• 通過使用高導(dǎo)熱介質(zhì)，提高導(dǎo)熱速率

• 通過主動(dòng)冷卻方式

不同之處：

• 采用的導(dǎo)熱介質(zhì)不同

• 散熱路徑和散熱通道不同

• 散熱面積及散熱面積比不同

• 冷卻介質(zhì)不同

• 冷板布置方式不同

比較項(xiàng)

圓柱

方形

軟包

導(dǎo)熱介質(zhì)

電池自身

電池自身、導(dǎo)熱膠、底板和側(cè)板

電池自身、散熱板

導(dǎo)熱路徑

電池-導(dǎo)熱膠-支架/冷板

電池-導(dǎo)熱膠-底板/側(cè)板-冷板

電池-導(dǎo)熱膠-散熱板-冷板

散熱面積

25%

10.4%

50%

• 熱管理設(shè)計(jì)流程：

• 分析客戶輸入，確定熱管理系統(tǒng)的目標(biāo)和要求

• 測(cè)量和估算模塊發(fā)熱功率

• 選定傳熱介質(zhì)，熱管理系統(tǒng)初步計(jì)算

• 根據(jù)模塊導(dǎo)熱路徑，對(duì)熱管理系統(tǒng)進(jìn)行理論計(jì)算和仿真分析

• 對(duì)熱管理系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證

• 優(yōu)化熱管理系統(tǒng)

• 客戶輸入：

冷卻要求

高溫環(huán)境，高速工況冷卻，電池溫度不允許超過45℃

高溫環(huán)境，爬坡工況(10%坡度)冷卻，電池溫度不允許超過45℃

高溫環(huán)境，快充工況冷卻，電池溫度不允許超過45℃

加熱要求

20℃低溫環(huán)境，加熱至0℃，時(shí)間30min

30℃低溫環(huán)境，加熱至0℃，時(shí)間50min；

溫差要求：冷卻：≤5℃；加熱：≤10℃；

保溫要求：高溫和低溫24h溫度保持情況

根據(jù)客戶輸入轉(zhuǎn)化為不同工況電池的充放電倍率發(fā)熱功率

• 動(dòng)力電池發(fā)熱功率：

目前行業(yè)內(nèi)主要通過如下3種方法：

A、ARC測(cè)試，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，具備測(cè)試條件。但測(cè)試準(zhǔn)確度對(duì)比熱容測(cè)試的結(jié)果準(zhǔn)確度依賴性很大，，且標(biāo)準(zhǔn)塊的測(cè)試誤差達(dá)到5%。因絕熱環(huán)境電池溫升較大，測(cè)試數(shù)據(jù)會(huì)偏低。

B、Bernardi理論計(jì)算數(shù)據(jù)相對(duì)較準(zhǔn)確，已比較成熟，但需要實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)較多，包括工況數(shù)據(jù)，OCV數(shù)據(jù)，DE/DT數(shù)據(jù)，測(cè)試周期較長(zhǎng)。

C、RC模型計(jì)算，但若可以建立準(zhǔn)確的RC模型，就可以實(shí)現(xiàn)各種工況的產(chǎn)熱模擬。

電芯溫度情況

電芯內(nèi)部不同區(qū)域溫度對(duì)模組設(shè)計(jì)時(shí)溫感放置的具有重要的參考意義。

導(dǎo)熱材料

液冷板一般由鋁型材通過模組擠出或者沖壓的金屬管或者金屬板，經(jīng)過焊接成型的。根據(jù)實(shí)際情況，采用的焊接也有不同，常見的鋁型材焊接有釬焊、攪拌摩擦焊和無料釬焊三種。

液冷工質(zhì)

液冷工質(zhì)是液冷系統(tǒng)的工作介質(zhì)，對(duì)于動(dòng)力電池系統(tǒng)，它的液冷工質(zhì)是十分重要的，在選擇液冷工質(zhì)時(shí)，需要從傳熱能力、黏度、使用溫度范圍、電絕緣性、腐蝕性、可燃性、毒性和費(fèi)用等方面綜合考慮。

• 冷板支撐結(jié)構(gòu)

彈簧板支撐結(jié)構(gòu)：

優(yōu)點(diǎn)：彈簧鋼硬度較高，需要考慮支撐結(jié)構(gòu)彈性較好，能夠給液冷板提供預(yù)緊力，結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，加工和安裝方便。

缺點(diǎn)：需要考慮支撐結(jié)構(gòu)固定，會(huì)增加整包重量、對(duì)材很好的料彈性和耐久性要求較高

緩沖墊或支撐泡棉

優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格便宜，制造安裝方便，具備保溫隔熱作用

缺點(diǎn)：

墊片回彈性較差，易破損，存在不可恢復(fù)性變形風(fēng)險(xiǎn)

仿真要求：根據(jù)邊界輸入，進(jìn)行流場(chǎng)和溫度仿真，包括壓力情況。速度情況，流量情況。不同工況的溫度情況。

試驗(yàn)驗(yàn)證：

• 對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證

• 了解熱管理真實(shí)性能

• 比較模擬和試驗(yàn)結(jié)果差距

• 根據(jù)結(jié)果分析，提出優(yōu)化方案

• 隔熱保溫設(shè)計(jì)

從目前電池系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)來看，采用液冷系統(tǒng)越來多，因此箱體隔熱設(shè)計(jì)越發(fā)重要。

意義:

• 保持系統(tǒng)內(nèi)部溫度，有利于低溫充放電，延長(zhǎng)使用壽命；

• 保持系統(tǒng)內(nèi)部溫度，降低高溫路面熱輻射對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部溫度的影響；

• 外部出現(xiàn)火燒或者高溫時(shí)時(shí)，保持電池包內(nèi)正常溫度，延緩電池?zé)?

• 失控，提高安全性。

• 在電芯發(fā)生熱失控時(shí)，能起隔熱作用，抑制熱擴(kuò)散，延緩事故發(fā)生；

• 在電芯發(fā)生起火時(shí)，延緩火勢(shì)蔓延，增加逃生時(shí)間

常見的保溫材料

泡棉(包括U，CR，EⅥA和PE等)、絨毛毯、二氧化硅氣凝膠、發(fā)泡硅膠、成瓷隔熱片、石墨烯隔熱等。