【《锂离子电池散热管理分析的国内外文献综述》3800字】

共页第14页锂离子电池散热管理研究的国内外文献综述1.1背景及研究意义各种能源行业的不断生产和发展使得人民的日常生活对各种自然界再生能源的开发需求都在变的越来越大,尤其的就是对各种煤矿、石油,天然气等各种不可靠性再生资源的开发需要在不断的增加,这些都会直接加剧未来人们对各种不可靠性再生资源的过度开采,并且直接造成了各种不再生资源的过度开发，使产量与市场需求失去平衡的发展趋势越来越明显,然而由于石油能源是目前世界传统电动燃油车最主要的混合动力再生能源,由于目前全球电动汽车燃油拥有量巨大而且还在不断提升,如此一来就有可能会随时爆发出一个全世界乃至全球范围内的重大能源危机,以代步电动汽车产品为主要代表的各种新能源汽车将逐渐发展成为目前汽车工业主要生产与推广使用的新能源商品,而锂离子动力电池以其优良的充电性能和价格优势正逐渐成为目前新能源代步汽车的一种主流充电动力源[12]。与目前传统的纯燃油动力汽车车型相比,电动汽车最突出的主要优点之一是大气环境污染小。纯电动汽车在使用它的过程中不会因此产生任何废气。像天然水能、太阳能、风能、潮汐再生能、核能都同样可以高效地将其转化而成为清洁的电能,电动汽车一般在夜间进行充电,避开了在白天的汽车用电排放高峰,所以夜间充电可以进一步有效减少清洁能源电能的使用浪费[3]。如今处在城市中心的汽车交通噪声已经发展成为一种影响比较严重的交通噪声污染,噪音污染必定会严重影响广大人们的生活休息和日常工作效率,因此如何减少汽车噪声污染无疑是对今后发展汽车噪声设计以及制造加工行业的重大技术考验。行驶道路过程中主要道路噪声污染的来源是电动汽车柴油发动机燃烧产生的震动噪音,与目前传统的纯燃油电动汽车车型相比,纯电动汽车燃油发动机,在日常行驶中和运行中基本上都是安静的,在这两个方面它具有绝对的性能优势,特别是它适合在那些需要有效减少道路噪声污染的大型城市道路宁静行驶。当在进行电动汽车进行减速制动停车时,通过驱动发电机空转可以将电动车辆的一部份动能重新转变为剩余电能,并将停车产生的剩余电能重新收集贮存存放在蓄电池或其他储蓄蓄能器中,在进行电动汽车减速制动时就不必刻意让原发电机继续空转,可以大大提高对剩余电能的综合使用效率,减少车辆对空气污染。电动汽车主要具有容易手动操纵、整体设计结构简单,传动等零部件相对与其他传统型内燃机汽车来说数量较少,不需要内燃机的辅助设备,比如润滑装置、尾气处理装备和消音装置等,降低了制造成本,在维修保养时,工作量也会减少,从而降低维修成本。装载有

优良蓄电池的燃油电动汽车,它的连续使用寿命也比普通燃油电动车长。在特殊使用场合,比如没有良好通风、冬天在低温差的场所,或者一些高海拔容易缺氧的特殊地方,内燃机车要么不能正常工作,要么行驶效率大大降低,而使用新型锂电池的纯电动车则完全可以不受这些影响。尽管动力电动汽车也具有如此多的技术优点,但对于电动汽车的实际使用安全性能会因为动力电池的一些相关应用技术所严格约束。各国通过政府对全球电池制造产业的大力政策扶持,电池制造技术已经取得了相当大的技术进步。以下为锂离子动力电池作为电力汽车电池电源的诸多优点,以18650电池容量为主举例,电池容量可以达到2300mAh每节,使用寿命一般可达500到1000次小时左右,能够轻松实现快速容量充电、记忆效应低等,锂离子动力电池因为这些特点优势已发展成为我国电动汽车电池行业目前主流的一种动力电池的电源[34]。但由于存在温度差的原因会对锂离子材料电池的使用性能影响比较大,而且在电池进行快速充放电时,会迅速产生大量热[5]。在电池包密闭的散热空间里,因为离子电池组间的排列紧密,所以发热产生的内部热量很容易迅速积聚,导致电池在这种高温高湿环境下容易发热造成大量锂离子动力电池的内部热失控,因此对离子电池组件在采取一些散热保护措施时也是非常必要的。2016年1月,挪威耶尔斯塔发生了一辆特斯拉models汽车在超级自动充电站汽车进行快速自动充电时突然起火的爆炸事件;2015年4月,深圳五洲龙纯电动汽车大巴在快速充电时突然起火,2011年4月,杭州示范运营的出租车起火[6]。由于电池冷却系统性能的不足,又易直接引发备用电池各个模组间同时出现工作温差较大的过热情况,电池一直长期处于这种高温工作条件下的更容易导致发生材质老化,在长时间的处于高温条件运行将会严重破坏一个电池组的热一致性,导致一个电池的使用寿命大大缩短,为了大大提高一个电池的使用安全性,有效率的延长一个电池组的使用寿命,必须将一个电池组内各个电池组的单体以及各个电池组间的最大工作温差温度控制在合适的电池工作温度范围内。因此,研究各种动力电池的连续生热特性并帮助设计良好的连续冷却系统对于设计保证动力电动汽车安全、可靠和高效的连续运行有着非常重要的研究意义。1.2汽车动力电池热管理研究概况电池热性能管理基础技术的理论设计主要是系统分析与应用电池热性能模型和电池热管理模型。电池组热性能分析模型通过数据模拟得出汽车用动力电池的使用工况及散热特征,并且以此获得此汽车电池热性能模型的数据输入,并根据分析输入结果可以得出汽车用动力电池的散热性能。汽车的电池热管理模型中还可以通过获得汽车电池模组的相对温度变化及分布特征,通过图片、表格、数据等多种表达形式来帮助评估汽车电池热模型管理以及系统结构设计的方法是否合理。在动力电池热管理和仿真分析处理过程中,常用各种有限元分析软件进行仿真处理,比如ANSYS、COMSOL等分析软件,这些分析软件可以用来进行几何形状的创建、网格生成、模型边界条件定义和求解器的选择,这也是其仿真分析的具体过程。纯电动汽车电池热管理系统技术是为保证汽车电池的散热性能、使用寿命和电池安全性的一个关键技术[7]。传统电池热管理主要方式包括:强制风冷,液体冷却,相变材料冷却和热管冷却等多种物理方式。强制风冷就是通过电动风扇将电池热量通过散热片或者通风管道等多种方式直接或间接带走,从而可以达到给车用动力电池冷却降温的功能;液体冷却则主要通过液冷板或液冷散热管接触换热的方式将汽车动力电池内部产生的热量导出动力电池,冷却液成分由冷却水、防冻剂、添加剂三个大部分进行混合一定比例组成,按照其中防冻剂主要成分不同大致可以分为硝酸甘油型、酒精型、乙二醇型等类型的液体冷却液。相变材料冷却即利用相变材料的相态之间的变化产生吸热现象来降低温度，即利用相变潜热对电池模组进行冷却,相变材料潜热冷却的技术领域是以固液相变材料、固固相变材料、有机物复合相变材料作为研究的主要材料。同时相变散热材料可以不用在额外位置安装液体泵或者散热风扇,可以通过散热片直接进行快速散热,使得散热控制系统更加简洁[8]。动力电池温度过热会影响电池的工作效率,电池温度升高会使内阻升高以及输出电压和电流下降,从而使输出功率下降,会造成电动汽车的动力不足;动力电池长时间在正常工作温度上工作还会使电池寿命严重下降,破坏电池的一致性,单体电池结构不一致使得动力电池在各个方向的导热系数不相等,工作时容易导致电池温度交换不均衡,从而影响电池的使用性能,严重情况还会使动力电池发生起火和爆炸。1.3电池模组散形式研究现状1.3.1空气冷却式散热系统研究现状在主动空气冷却方面,研究人员就如何进行高效风冷、明确影响散热效果的因素展开了研究。串行式送风条件下,空气依次通过各个电池单体或模组,在流过动电池或电池模组过程中空气被逐渐加热升温,故在靠近电池进风口处区域的电池或电池模组散热比出口风口处的电池散热更好,致使两侧各个电池的散热温度之间有较大的温度差异;并行送风则采用楔形进出口使空气一起流过各电池体,缩小了不同电池体间的温度差异。通过往复向电池包内部通入低温空气,不仅能有效降低电池包电池包内电池温度,而且它还能够极大地提电池包所有电池的温度一致性[9]。适量添加一些扰流板也能有效提高其散热效果。1.3.2液体冷却式散热系统研究现状各项研究表明导热率高的冷板散热效果优于导热率低的冷板,当液冷管道越大,液冷板的平均温度就越低,在液冷板出口温度会比进口更高,有可能使电池温度不一致,不同进出口位置、管道直径、管间的排布距离和数量以及流速对散热效果也有巨大影响[10]。1.3.3相变冷却式散热系统研究现状相变材料的成分和组成比例对电池组散热效果有着显著的影响,热管的形状、布置高度和数量等也有着不可忽略的影响。采用相变材料散热冷却的动力电池组其散热冷却效果可以同时达到最佳工作温度,恶劣的零下自然温度条件对热管技术几乎没有任何影响,并能立刻进入正常工作[11]。 参考文献[1]彭强电动汽车用锂离子动力电池热效应研究[2]郭立刚锂离子动力电池热分析及散热优化[3]JARRETTA,KIMIY.Designoptimizationofelectricvehiclebatterycoolingplatesforthermalperformance[J].JournalofPowerSources,2011,196(23):10359-10368.[4]JEONDH,BAEKSM.Thermalmodelingofcylindricallithiumionbatteryduringdischargecycle[J].EnergyConversionandManagement,2011,52:2973-2981[5]安富强，赵洪量，程志，邱继一承，周伟男，李平纯电动车用锂离子电池发展现状与研究进展[6]冯旭宁车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理[7]刘金周，方海峰，刘万祥,等，地方新能源汽车政策实施效果评价及调整建议[J].汽车工业研[8]Wang

Q,

Jiang

B3,

Xue

Q

F,

et

al.

Experimental

investigation

on

EV

battery

cooling

and

heaingby

heat

pipes

[J].Applied

Thermal

Engincering[9]FAN

H,

XUESONG

,

LIN

M.

Combined

experimental

and

numerical

study

of

thermal

management

of

battery

module

consisting

of

multiple

Liion

cells[J].

International

Jourmal

of

Heatand

Mass

Transfer[10]WuB.SummaryofCoo