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行業新聞

電動車鋰電池冷卻系統及案例分析

分類  行業新聞    發布時間:  2018/04/18

目前,電動汽車動力電池為鋰離子電池,鋰離子動力電池的性能對溫度變化較敏感,車輛上的裝載空間有限,車輛所需電池數目較大,電池均為緊密排列連接。當車輛在高速、低速、加速、減速等交替變換的不同行駛狀況下運行時,電池會以不同倍率放電,以不同生熱速率產生大量熱量,加上時間累積以及空間影響會產生不均勻熱量聚集,從而導致電池組運行環境溫度復雜多變。


動力電池的冷卻性能的好壞直接影響電池的效率,同時也會影響到電池壽命和使用安全。由于充放電過程中電池本身會產生一定熱量,從而導致溫度上升,而溫度升高會影響電池的很多特性參數,如內阻、電壓、SOC、可用容量、充放電效率和電池壽命。


為了使電池包發揮最佳性能和壽命,需要優化電池包的結構,對它進行熱管理,增加散熱設施,控制電池運行的溫度環境。


01、主要冷卻方案

不同的熱管理系統,零部件類型的結構不同、重量不同以及系統的成本不同和控制方式不同,使得系統所達到的性能也不相同。在進行電池包熱管理系統類型設計選擇時,需要考慮到電池的冷卻性能需求,結合整車的性能以及空間大小,系統的穩定性和成本高低也是要考慮的因素。


圖表1  不同電池冷卻方案優劣勢比較


電動車鋰電池,大容量鋰電池,鋰離子電池廠家


02、不同冷卻系統工作示意


1、風冷


國內外電動汽車電池組的冷卻方式上主要有以下幾種:空氣冷卻、液體冷卻、熱管冷卻。目前空氣冷卻方式仍然是主要采用的方法,空氣冷卻比較容易實現,但冷卻效果不佳。


圖表2  典型風冷系統工作示意圖


電動車鋰電池,大容量鋰電池,鋰離子電池廠家


2、液冷


液體冷卻有較好的冷卻效果,而且可以使電池組的溫度分布均勻,但是液體冷卻對電池包的密封性有很高的要求,如果采用水這類導電液體,需用水套將液體和電池單體隔開,這樣不僅增加了系統的復雜性而且降低了冷卻效果。


一般冷卻系統都是安裝在電池組模塊附近,原理和空調的制冷原理相似,冷卻系統通過管路和單個電池模塊相連,管路里循環流動冷卻液(一般是乙二醇),將單個電池模塊的熱量帶走,冷卻系統將乙二醇制冷,多余熱量通過風扇排到外界,而乙二醇再次循環進入電池模塊,繼續吸收電池散發的熱量。


圖表3  典型液冷系統工作示意圖


電動車鋰電池,大容量鋰電池,鋰離子電池廠家


3、熱管技術


熱管技術可以滿足電池組的高溫散熱與低溫預熱雙工況要求,響應快,溫度均勻性好,作為電池組新的冷卻方法被提出后,有了一定的發展,且作為產業研究的重點方向,但是受到布置和體積的限制,目前還沒有實車使用。


圖表4  熱管技術工作示意圖


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從現有電動汽車動力電池冷卻方式來看,風冷一直占據主要的位置,尤其是日系電動汽車,基本采用風冷系統。隨著應用環境對電池的要求越來越高,液冷也成為車企業的優先方案,如特斯拉、寶馬等品牌。我國主流電動乘用車企業也開始轉向液冷系統,從中長期趨勢來看,液冷將占據主流。



03、電池包冷卻系統主要組件


不同的冷卻系統有相對應的冷卻組件:風冷系統主要部件為風機,液冷系統主要部件為冷卻板。


風冷系統組件:冷卻風道、風機、電阻絲


風機的選型直接影響電池包空冷系統的冷卻效果。風機的選型要求如下:根據電池的熱生成速率確定空氣流量;滿足每個模塊的溫升要求;基于系統所需空氣流量以及系統的壓降曲線選擇滿足要求的風機。


液冷系統組件:水冷管道、冷卻泵、冷卻閥、冷卻板


冷卻板作為電池包液冷系統中最關鍵的零部件之一,冷卻板的選型至關重要。冷卻板的選型必須滿足如下要求:冷卻板的壓降必須滿足客戶要求;冷卻水流動的一致性要求;爆破壓力要求;冷卻板的機械要求;冷卻板必須通過振動和沖擊載荷測試;冷卻板必須滿足公差要求以及空間尺寸要求。


電池冷卻系統組件生產企業眾多,主要部件大多由傳統電氣企業提供,目前電池管理系統企業及PACK組裝企業也有涉及定制化產品的生產。




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