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[每周话题] 汽车散热管理系统的重要性:  [复制链接]

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汽车散热管理系统的重要性:
电池的热相关问题是决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本的关键因素。首先,锂离子电池的温度水平直接影响其使用中的能量与功率性能。温度较低时,电池的可用容量将迅速发生衰减,在过低温度下(如低于0°C)对电池进行充电,则可能引发瞬间的电压过充现象,造成内部析锂并进而引发短路。其次,锂离子电池的热相关问题直接影响电池的安全性。生产制造环节的缺陷或使用过程中的不当操作等可能造成电池局部过热,并进而引起连锁放热反应,最终造成冒烟、起火甚至爆炸等严重的热失控事件,威胁到车辆驾乘人员的生命安全。另外,锂离子电池的工作或存放温度影响其使用寿命。电池的适宜温度约在10~30°C之间,过高或过低的温度都将引起电池寿命的较快衰减。动力电池的大型化使得其表面积与体积之比相对减小,电池内部热量不易散出,更可能出现内部温度不均、局部温升过高等问题,从而进一步加速电池衰减,缩短电池寿命,增加用户的总拥有成本。
电池热管理系统是应对电池的热相关问题,保证动力电池使用性能、安全性和寿命的关键技术之一。热管理系统的主要功能包括:1)在电池温度较高时进行有效散热,防止产生热失控事故;2)在电池温度较低时进行预热,提升电池温度,确保低温下的充电、放电性能和安全性;3)减小电池组内的温度差异,抑制局部热区的形成,防止高温位置处电池过快衰减,降低电池组整体寿命。

Tesla Roadster的电池热管理系统

Tesla Motors公司的Roadster纯电动汽车采用了液冷式电池热管理系统。车载电池组由6831节18650型锂离子电池组成,其中每69节并联为一组(brick),再将9组串联为一层(sheet),最后串联堆叠11层构成。电池热管理系统的冷却液为50%水与50%乙二醇混合物。

图 1.(a)是一层(sheet)内部的热管理系统。冷却管道曲折布置在电池间,冷却液在管道内部流动,带走电池产生的热量。图 1.(b)是冷却管道的结构示意图。冷却管道内部被分成四个孔道,如图 1.(c)所示。为了防止冷却液流动过程中温度逐渐升高,使末端散热能力不佳,热管理系统采用了双向流动的流场设计, 冷却管道的两个端部既是进液口,也是出液口,如图 1(d)所示。电池之间及电池和管道间填充电绝缘但导热性能良好的材料(如Stycast 2850/ct),作用是:1)将电池与散热管道间的接触形式从线接触转变为面接触;2)有利于提高单体电池间的温度均一度;3)有利于提高电池包的整体热容,从而降低整体平均温度。

通过上述热管理系统,Roadster电池组内各单体电池的温度差异控制在±2°C内。2013年6月的一份报告显示,在行驶10万英里后,Roadster电池组的容量仍能维持在初始容量的80%~85%,而且容量衰减只与行驶里程数明显相关,而与环境温度、车龄关系不明显。上述结果的取得依赖电池热管理系统的有力支撑。

特斯拉电池热管理系统散热原理

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散热原理:电池工作时产生大量的热,由导热硅胶片(https://aoqikj.taobao.com)将热传递到水冷管上,水冷管再传给冷却液,水冷管里的液体在电池组内流动将热带走。
散热原理:利用风扇主动散热,由风扇供风,风朝电池流道吹去,将电池组内部热带走。

散热原理:因电池组内部温度差未控制在5℃以内,将电池组上下均贴一块导热硅胶片,硅胶片(https://aoqikj.taobao.com)再将温度导向外面的铝壳,整个电池模组温度差控制在5℃以内,达到了电池组设计的要求,使电池组寿命更长,行车过程中性能更稳定。

散热原理:电池组采用被动散热,将电池组与铝散热板之间贴上一块导热硅胶片(https://aoqikj.taobao.com),硅胶片将温度传到铝板上,铝板再与空气进行热交换汽车
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