電動汽車動力電池如何進行散熱?
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2016-08-02 13:51:04
目前我國大多數(shù)電動汽車都是以鋰電池作為動力電池的主要原材料。包括三元鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰等。而常用的還是三元鋰和磷酸鐵鋰。三元鋰電池能量密度更大、體積小、質(zhì)量輕,但安全性經(jīng)常受到懷疑。磷酸鐵鋰電池雖然能量密度小,卻被認(rèn)為更安全。
從下表可看出,兩種電池材料各有優(yōu)缺,也正因此才會根據(jù)具體的車型和需求采用不同的電池材料。據(jù)了解,在乘用車領(lǐng)域三元鋰電池已成為主角,而在客車領(lǐng)域磷酸鐵鋰電池則更常用。
不過動力電池工作電流大,產(chǎn)熱量大,同時電池包處于一個相對封閉的環(huán)境,就會導(dǎo)致電池的溫度上升。這是因為鋰電池中的電解質(zhì),電解質(zhì)在鋰電池內(nèi)部起電荷傳導(dǎo)作用,沒有電解質(zhì)的電池是無法充放電的電池。目前鋰電池大部分是易燃、易揮發(fā)的非水溶液組成,這個組成體系相比水溶液電解質(zhì)組成的電池有更高的比能量和電壓輸出,符合用戶更高的能量需求。因為非水溶液電解質(zhì)本身易燃、易揮發(fā),浸潤在電池內(nèi)部,也形成了電池的燃燒根源。因此上述兩種電池材料的工作溫度都不得高于60℃,但現(xiàn)在室外溫度已接近40℃,同時電池本身產(chǎn)熱量大,將導(dǎo)致電池的工作環(huán)境溫度上升,而如果出現(xiàn)熱失控,情況將十分危險了。為了避免變成“燒烤”,給電池散熱就尤為重要了。
電池包散熱有主動和被動兩種,兩者之間在效率上有很大的差別。被動系統(tǒng)所要求的成本比較低,采取的措施也較簡單。主動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜一些,且需要更大的附加功率,但它的熱管理更加有效。
空冷和液冷主被動系統(tǒng)示意圖
不同傳熱介質(zhì)的散熱效果不同,空冷和液冷各有優(yōu)劣。
采用氣體(空氣)作為傳熱介質(zhì)的主要優(yōu)點有:結(jié)構(gòu)簡單,質(zhì)量輕,有害氣體產(chǎn)生時能有效通風(fēng),成本較低;不足之處在于:與電池壁面之間換熱系數(shù)低,冷卻速度慢,效率低。目前應(yīng)用較多。
采用液體作為傳熱介質(zhì)的主要優(yōu)點有:與電池壁面之間換熱系數(shù)高,冷卻速度快;不足之處在于:密封性要求高,質(zhì)量相對較大,維修和保養(yǎng)復(fù)雜,需要水套、換熱器等部件,結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。
在實際的電動大巴應(yīng)用中,由于電池組容量大、體積大,相對來講功率密度比較低,因此多采用風(fēng)冷方案。而對于普通乘用車的電池組,其功率密度則要高得多。相應(yīng)的,它對散熱的要求也會更高,所以水冷的方案也更加普遍。
不同的電池包結(jié)構(gòu)傳感器會根據(jù)測溫點和需求來定。溫度傳感器會被放置在代表性、溫度變化幅度的位置,例如空氣的進出口位置以及電池包的中間區(qū)域。特別是溫和溫處,以及電池包中心熱量累積較厲害的區(qū)域。這樣有助于將電池的溫度控制在一個相對安全的環(huán)境,避免過熱和過冷對電池造成危險。
另外,就是電池隔膜的作用,主要是在狹小空間內(nèi)將電池正負(fù)級板分隔開來,防止兩極接觸造成短路,卻能保證電解液中的離子在正負(fù)極之間自由通過。因此隔膜就成了保證鋰離子電池安全穩(wěn)定工作的材料。
電解液是為了隔絕燃燒來源,隔膜是為了提高耐熱溫度,而散熱充分則是降低電池溫度,避免積熱過多引發(fā)電池?zé)崾Э?。如果說電池溫度急劇升高到300℃,即使隔膜不融化收縮,電解液自身、電解液與正負(fù)極也會發(fā)生強烈化學(xué)反應(yīng),釋放氣體,形成內(nèi)部高壓而爆炸,所以采用適合的散熱方式至關(guān)重要。
不過相比電動大巴、電動物流車等要在高溫?zé)鞠埋R不停蹄地工作,個人電動汽車用戶還是幸運的。面對如此高溫天氣,不論是電動汽車還是傳統(tǒng)汽車,出于安全考慮,用戶們還是應(yīng)盡量減少戶外工作,不要讓愛車長時間暴曬,對于電動汽車還要避免過充過放,盡量選用慢充充電方式。
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