电动汽车动力电池热管理技术-中科院理化所

电动汽车动力电池热管理技术邹慧明中国科学院理化技术研究所中国一汽加快产业结构调整提升汽车业制造水平电池、电机等温控问题系统空间的局限性背景—电池基本原理AnodecapAntiexplosivevalve··电解液、正、负极、膜、粘合剂等化学分解产生的反应热·电池内阻存在而产生焦耳热背景—电池热力特性正极材料：正极材料：工作温度：-20℃一+75℃标称电压：正极材料：工作温度：-20℃—+45℃标称电压：50℃时，放电效率和使用寿命都会有很大的衰减。100℃范围运行时，就会存在很大的安全隐患。·Pesaran等人提出电池最佳的工作温度范围是25～40℃,合理的温度是不高于50℃。●低温条件下的预热·电池温度极低时(如0度以下),放电●低温条件下的预热科学问题科学问题背景—电池热管理技术现状空冷空冷相变材料·空调制冷后的空气相变材料冷却系统上部盖板-电池组-冷却系统上部盖板-电池组-高压电绩接口冷邮液进口冷却液出口·车厢内的排风冷却●空调制冷后的空气冷却本田，NISSANLEAF,Audi串行通风方式并行通风方式：—车辆前侧抽气风扇模块电池→冷却风流向识星球锂电派84禁4知识星球钾电派电池散热器电池散热器电池散热器电池散热器电池散热器冷凝器冷凝器膨胀阀压缩机膨胀阀压缩机蒸发器板式换热器板式换热器蒸发器蒸发器板式换热器蒸发器板式换热器板式换热器蒸发器多向水阀多向水阀多向水阀泵动力电池泵动力电池泵动力电池背景—电池热管理技术现状—液体液冷板及液冷板及毛细通道进水道出水道星球锂电派绝缘材料冷却系统上部盖板铝合金托盘电池组电子控制器高压电缆接口冷却液进口冷却液出口背景—电池热管理技术现状—液体背景—电池热管理技术现状—制冷剂热管式电池热管理技术Q蒸汽液体Q热管管壳吸液芯蒸发段绝热段_冷凝段●靠工作介质的汽、液相变传热，具有很高●靠工作介质的汽、液相变传热，具有很高的导热能力·电池散热量通过热管传递到介质中，对冷源的负荷具有削峰填谷的作用只星球钼热管典型参数只星球钼L型总长(mm)蒸发段长度(mm)冷凝段长度(mm)外径(mm)厚度(压扁部分)(mm)有效孔隙半径(μm)孔隙率吸液芯材料铜吸液芯型式烧结工作介质水折弯角度折弯半径(mm)翅片型式环形翅片高度(mm)5翅片厚度(mm)翅片数量(带翅片的)锂电池放电发热量锂电池放电发热量放电状态放电电流放电电流值(A)单体电池发热最大持续放电最大瞬间放电冷却响应40Wicell40Wicell”wofins0◆恒温环境箱温度设定为35℃,恒温水浴温度设定为20℃;◆恒温环境箱温度设定为35℃,恒温水浴温度设定为20℃;◆发热量10W以下时，电池表面温度维持在40℃之下，相当于放电电流为2C的工况；◆电池发热量增大，表面温度大约每10W上升10℃,40W发热量情况下接近于70℃;◆高发热量的工况时电池放电终了温度低于稳定温度，如40W时运行900s后温度大约为62℃;◆浸没在水槽中的热管段加翅片对电池的冷却效果得到增强，平衡温度或峰值温度都有较大下降；◆在主要的电池充放电工况下能使电池温度维持在最佳温度范围，即使在恶劣的工况条件下电池温度也能控制在许可的范围内，避免热失控。动态循环响应000◆方案1,6C发热功率高达88.04W,但时间只有短短的10s,总发热量并不大；◆经过900s最大持续放电工况后温度达到最高值63℃;翅片型峰值下降了近6℃;◆充电工况，电池发热量显著降低，至充电完毕时温度下降到接近35℃;◆方案2,电池发热功率小，放电终了的温度在41℃左右，充电过程中，温度下降到35度左◆试验时每组循环中电池产生的热量都能被热管带走，达到很好地热管理效果。△

热管在低温环境(-15℃和-25℃)中持续14～16小时的状态，并给出了加热被“唤醒”的响应过程。可以看出热管可以很快被“唤醒”,并进入工作状态热管式电池热管理技术—单体性能研究不带翅片带翅片预加热响应预加热响应0500t(s)t(s)时间只有1/3左右；◆增加翅片后电池预热时间大大缩短，约1/4-1/3时间，加热介质温度低(20℃)时效果更明显。轻量化热像轻量化热像PlatePlate323时的平均温度有所降低，但II&温度梯度从上往下逐渐变大，随着◆开设大孔的1号板，无论是平衡时平均温度还是温度均匀性都比实◆而从侧面开孔的IV号板，在轻量化试验的五块铝板中温度均匀性最差1234560000EXV20电池冷却环路的增加，压缩机输入功变化很小；0/20工况制热COP较-20/-20工况降了32%。0热管式电池热管理技术—台架性能研究电池组无发热响应InteralheatInteralheatvariationofcoo00知识电池组综比热容1.24kJ/kg℃热管式电池热管理技术—冷却响应知识军/60%锂电派知识军/60%锂电派33%开度时，35℃to30℃需要17分钟，45℃60%开度时，35℃33%开度时，35℃to30℃需要17分钟，45℃60%开度时，35℃to30℃需要10分钟，45℃100%开度时，35℃to