cychai 发表于 3 天前

新能源电动车动力电池温度管理系统的设计

  自攻螺丝动力电池温度管理系统的设计目标:调整电池温度,使其保持在电池适宜工作的温度范围;减小电池包内最高温度和最低温度的差异。
  1、液冷系统组成
  UART芯片液冷系统,是当前动力电池热管理的热门研究方向,利用冷却液热容量大且通过循环可以带走电池系统多余热量的性能,实现电池包的最佳工作温度条件。
  液冷统的基本组成包括:电动水泵,电芯散热器(间接冷却),温度传感器,空调系统(压缩机,冷凝器,蒸发器)、加热器,液液热交换器。其中,空调系统负责高温工况提供冷却功能;加热器,低温工况,负责给冷却液加热。
  2、热传递原理
  热管理系统的设计初衷是转移动力电池在充放电过程中的多余热量,保持电池在适宜的范围内工作,并且不同位置的电芯,温度差异不能太大。这样,既可以减缓电池的老化速度,又可以减缓不同电芯之间的差异化程度的加深。
  之所以存在着空气冷却、液冷等不同的冷却形式,什么是蠕动泵主要是热量传递的介质不同,原理上,需要从热量的不同传递方式说起。热量的传播,主要的存在着三种形式:热辐射、热传导和对流。
  热辐射:温度高于绝对零度的物体都在进行热辐射,热辐射不需要介质不需要接触,以电磁波的形式向外传递热量。太阳传递给地球的热量就是热辐射的典型过程。
  热传导:热量通过介质,从高温区域传递至低温区域的过程。与热辐射不同的是热传导需要存在两个条件:温差和介质。
  对流:流体内部,由温差驱动的相对流动。
  热量,在动力电池单体内部,主要以热传导的方式向电池表面传递,再以辐射和对流的方式向周围空间传播。如果系统中加入了热管理系统,则传热过程被部分的改变。比如间接散热方式,热量从电池表面,主要以热传导的方式传递给散热器壳体,再由壳体以热传导的方式传递到散热器流道表面;热量从流道表面热传导的方式传递给冷却液,冷却液以对流的方式将热量在冷却液内部传递,并跟随冷却液的受迫流动传递至电池包外部。
  3、电池包的热管理方案
  电池包的热管理方案,涉及到三个方面的措施:电池组的冷却、电池组低温预热、电池组保温。
  电池组的冷却
  液冷系统的冷却功能,主要以循环低温冷却液的方式实现。如果出现所需散热功率比较小的情形,由于冷却液自身热容量比较大,则可以不必起动循环过程,已经可以满足设定的温度范围要求。
  电池组冷却的形式主要有两种,直接冷却和间接冷却。直接冷却,是冷却介质直接从电芯表面流过,带走多余热量;间接冷却,是冷却介质在管道和散热器的流道中流过,散热器与电芯接触,将电芯热量传递给冷却介质。
  电池组的低温预热
  本来,压缩机可以具备制热功能,但其低温制热效果不佳,且耗电量比较大,对于动力电池的续航能力造成很大的影响;同时,温度过低环境下,电池包放电功率过低或者根本低于放电最低温度而无法放电。因此给热管理策略中设计了汽车起动之前的预热过程。
  电池组低温预热,有两种基本形式:内部加热和外部加热。
  内部加热:利用电池包外部的交流电源,给电池电解液加热,直至达到电池包适用的温度范围为止。生热的部件是电池自身,因此称为内部加热。
  外部加热:利用外部电源,给电池以外的介质加热,介质将热量传递给电池,逐步提高电池温度,直至电池适宜的温度范围。外部介质包括空气介质和液体介质,生热的元件有PTC和加热膜等。
  外部加热是比较常用的方式。一般的实现形式是,电池包内部装备有加热器,不使用动力电池的电力,而是在停车状态,接通电池包以外的电源,给PTC或者加热膜供电。外部电源一般都是来自大电网的电能,加热器可以按照适用的最大功率工作,而不必担心电能浪费的问题,整体加热速率比较高。

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