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電動汽車

發布時間:
2018/07/02 09:47
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【摘要】:
電池包作為電動汽車上裝載有電池組的主要儲能元件,是電動汽車的關鍵部件,直接影響到電動汽車的性能。鋰離子動力電池因其優異的功率輸出特性和長壽命等優點,目前在電動汽車電池包中得到良好應用。但鋰離子動力電池的性能對溫度變化較敏感,特別是車輛上運用的大容量、高功率鋰離子電池。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
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贵州快三的开奖结果和值走势图 www.yymmvl.com.cn   電池包作為電動汽車上裝載有電池組的主要儲能元件,是電動汽車的關鍵部件,直接影響到電動汽車的性能。鋰離子動力電池因其優異的功率輸出特性和長壽命等優點,目前在電動汽車電池包中得到良好應用。但鋰離子動力電池的性能對溫度變化較敏感,特別是車輛上運用的大容量、高功率鋰離子電池。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。由于發熱電池體的密集擺放,中間區域必然熱量聚集較多,邊緣區域較少,增加了電池包中各單體之間的溫度不均衡,加劇各電池???、單體內阻和容量不一致性。如果長時間積累,會造成部分電池過充電和過放電,進而影響電池的壽命與性能,并造成安全隱患。如果電動汽車電池組在高溫下得不到及時通風散熱,將會導致電池組系統溫度過高或溫度分布不均勻,最終將降低電池充放電循環效率,影響電池的功率和能量發揮,嚴重時還將導致熱失控,影響電池的安全性與可靠性;再者在低溫下,電池內部的電化學反應由于受溫度影響也不能夠正常運行,需要對電池包進行加熱。因此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,增加散熱加熱設施,控制電池運行的溫度環境。

 

  1.電池包加熱與散熱系統:主動系統與被動系統

  采用主動方式還是被動方式加熱和散熱,效率會有很大差別。被動系統所要求的成本比較低,采取的設施也較簡單。主動系統結構相對復雜一些,且需要更大的附加功率,但它的熱管理更加有效??悸淺殺?、質量、空間的布置,早期在溫和氣候條件下使用的車輛都是沒有使用加熱或冷卻單元并且只依靠空氣來散熱電池(如圖 1)。目前生產的一些混合電動汽車也是使用環境空氣來被動冷卻 / 加熱電池包。盡管空氣是經過汽車空調(交流)或供暖系統冷卻和加熱的,但它仍然被認為是一種被動系統(如圖 2)。運用這種被動系統,環境空氣必須在一定溫度范圍(10℃~35℃) 中才能正常進行熱管理,在環境極冷或極熱條件下運行電池包可能會產生更大的不均勻。相關實驗也證明被動系統中,由于引入環境空氣的溫度不一致性,冷卻加熱電池包會導致電池包更大的不均勻性。

  下面為空冷和液冷主被動系統示意圖

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圖1:被動加熱——外部空氣流通 圖2:被動加熱和冷卻——內部空氣流動
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圖3:主動加熱和冷卻——外部和內部空氣流通 圖4:被動冷卻——液體循環
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圖5:主動冷卻——液體循環  

 

  2.散熱系統

  根據傳熱學理論,固體與氣體,固體與液體接 觸產生傳熱現象。氣體的對流換熱系數遠遠沒有 液體的對流換熱系數大,液體和固體接觸對流換 熱能力更強。傳熱系數越大所交換的熱量越多,換 熱效果就越明顯,因此要選擇合適的傳熱介質。各種傳熱現象的傳熱系數范圍如表1所示。

 

表1 表面傳熱系數的一般傳熱

對流換熱問題的類型  h/[w /(m2 k)]
自然對流換熱:氣體  2-25
液體  50-1000
強迫對流換熱:氣體  25-250
液體  50-25000
相變對流換熱:沸騰  2000-50000
凝結  2000-100000

 

  使用液體作為傳熱介質,需要考慮導電性, 安全性,還有密封性,以及以后的維修方便性,還要考慮到電池包整體的重量。相變材料(例如液體石蠟)的傳熱蓄熱能力最強,且在達到相變溫度時可以大量吸熱或放熱而不升溫降溫。通過選用合適的相變材料能夠使電池單體有效地達到熱平衡,很好地控制電池溫度上下限,避免產生溫度過高過低現象。但是考慮到材料的研發、制造成本等問題,目前最有效且最常用的還是采用空氣作為散熱介質。

  目前多采用的空冷主要有并行和串行兩種通風方式,如圖 7~ 圖 8 所示。這就要求在電池包結構上設計相應導風口,盡量減小空氣流動阻力,保證氣流的均勻性。

 

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圖7 單行通風

 

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圖8 并行通風

 

  串行情況下一般是使空氣從電池包一側流往另外一側,從而達到帶走熱量的效果。因此氣流會將先流過的地方的熱量帶到后流過的地方,從而導致兩處溫度不一致且溫差較大。而并行情況下??榧淇掌際侵繃⑸仙?。這樣能夠更均勻地分配氣流,從而保證電池包中各處散熱一致。

  在設計電池包散熱加熱系統時,應該綜合考慮各因素??梢鑰闖觶翰捎悶澹掌?作為傳熱介質的主要優點有:結構簡單,質量輕,有害氣體產生時能有效通 風,成本較低;不足之處在于:與電池壁面之間換 熱系數低,冷卻速度慢,效率低。目前應用較多。 采用液體作為傳熱介質的主要優點有: 與電池壁面之間換熱系數高, 冷卻、加熱速度快;不足之處在于:密封性要求高,重量相對較大,維修和保養復雜,需要水套、換熱器等部件, 結構相對復雜。采用相變材料的主要優點有:與電池壁面之間換熱系數高,冷卻、加熱速度快,效率高,還能一定程度上控制溫度上下限;不足之處在于:研發制造成本高。