动力电池热管理系统组成及设计流程

1、动力电池热管理系统组成及设计流程动力电池是电动汽车的能量来源，在充放电过程中电池本身会伴随产生一定热量，从而导致温度上升，而温度升高会影响电 池的很多工作特性参数，如内阻、电压、SOC、可用容量、充放电效率和电池寿命。电池热效应问题也会影响到整车的性能和循环寿命，因此，做好热管理对电池的性能、寿命至整车行驶里程都十分重要。接下来，就从电池热管理系统及设计流程、零部件类型及选型、热管理系统性能及验证等几个方面来和大家聊一聊：动力电池热管理必要性 1、电池热量的产生由于电池阻抗的存在，在电池充放电过程中，电流通过电池导致电池内部产生热量。另外，由于电池内部的电化学反应也会 造成一定的生热量。2、温

2、度升高对电池寿命的影响温度的升高对电池的日历寿命和循环寿命都有影响时间/天温度对日历寿命的影响温度AT寿命/天2362383S17904567055272从上面两个图可以看出，温度对电池的日历寿命有很大的影响。同样的电芯，在环境温度23C, 6238天后电池的剩余容量为80%,但是电池在 55c的环境下，272天后电池的剩余容量已经达到80%。温度升高32 C,电芯的日历寿命下降了95%以上。因此，温度对日历寿命的影响极大，温度越高日历寿命衰退越严重。每个电芯的能输出/kwh温度对循环寿命的影响温度/40 C）时生热最多、效率最低并且易于发生热失控事故。因此，氢镇电池很需要热管理，很多对氢银电

3、池进行液体冷却的努 力也突出了这一点。2、电池热场计算及温度预测电池不是热的良导体，电池表面温度分布不能充分说明电池内部的热状态，通过数学模型计算电池内部的温度场，预测电池 的热行为，对于设计电池组热管理系统是不可或缺的环节。通常使用如下公式进行计算：式中：a、T是温度；b、p是平均密度；c、Cp是电池比热；d、kx、ky、kz分别是电池在 x、y、z方向上的热导率;e、q是单位体积生热速率。3、电池生热率电池充电过程中的反应生热可以分为两个阶段:电池化学反应生热、电池极化生热、内阻焦耳热第1阶段：第2阶段：在发生过充电副反应之后，生热量主要来自没有发生过充电副反应之前，生热量主要来自:电池化

4、学反应生热、电池极化生热、过充电副反应生热、内阻焦耳热。其中大部分的生热量来自于过充电副反应生热。充电末期和过充电时，过充电副反应就开始发生。电池放电过程中的生热量主要来自：电池化学反应生热、电池极化生热、内阻焦耳热。需要指出的是氢银电池放电时化学反应是吸热反应，能吸收一部分热量，所以生热问题不是很严重。电池的内阻是影响电池生热速率的关键指标，它随着电池SOC变化，在得到电池内阻值后可以通过计算获得电池生热量,下图是某12V80Ah氢银电池模块在不同 SOC下的内阻值。8 25Q m阻 内87 250J 030.5070.9SOC不同SOC下氢镇电池模块内阳采用专门设计的量热计可以直接测量出电

5、池的生热量，还可以测出电池的热容量4、电池生热量主要因素5、散热结构设计电池箱内不同电池模块之间的温度差异，会加剧电池内阻和容量的不一致性，如果长时间积累，会造成部分电池过充电或者 过放电，进而影响电池的寿命与性能，造成安全隐患。电池箱内电池模块的温度差异与电池组布置有很大关系，一般情况下, 中间位置的电池容易积累热量，边缘的电池散热条件要好些。所以在进行电池组结构布置和散热设计时，要尽量保证电池组 散热的均匀性。以空冷散热为例来，通风方式一般有串行和并行两种，如下图所示。由行通风示意图并行逋风示意图串行通风方式下，冷空气从左侧吹入从右侧吹出。空气在流动过程中不断地被加热，所以右侧的冷却效果比

6、左侧要差，电池 箱内电池组温度从左到右依次升高。并行通风方式使得空气流量在电池模块间更均匀地分布。并行通风方式需要对进排气通道，电池布置位置进行很好地设计， 其楔形的进排气通道使得不同模块间缝隙上下的压力差基本保持一致，确保了吹过不同电池模块的空气流量的一致性，从而 保证了电池组温度场分布的一致性。6、风机与测温点选择在设计电池热管理系统时，希望选择的风机种类与功率、温度传感器的数量与测温点位置都恰到好处。以空冷散热方式为例，设计散热系统时，在保证一定散热效果的情况下，应该尽量减小流动阻力，降低风机噪音和功率消耗，提高整个系统的效率。可以用实马理论计算和流体力学CFD仿真（本案例采用 FloE

7、FD软件）的方法通过估计压降、流量来估计风机的功率消耗。当流动阻力小时，可以考虑选用轴向流动风扇；当流动阻力大时，离心式风扇比较适合。当然也 要考虑到风机占用空间的大小和成本的高低。寻找最优的风机控制策略也是热管理系统的功能之一。同侧风道流线图异侧风道流线图风机开启平衡时温度115 7曾】工U收1721心瞽17 31 35电池箱内电池组的温度分布一般是不均匀的，因此需要知道不同条件下电池组热场分布以确定危险的温度点。测温传感器数 量多，有测温全面的优点，但会增加系统成本。考虑到温度传感器有可能失效，整个系统中温度传感器的数量又不能太少， 至少为两个。根据不同的实际工程背景，理论上利用有限元分析

8、、试验中利用红外热成像或者实时的多点温度监控的方法可 以分析和测量电池组、电池模块和电池单体的热场分布，决定测温点的个数，找到不同区域合适的测温点。一般的设计应该 保证温度传感器不被冷却风吹到，以提高温度测量的准确性和稳定性。在设计电池时，要考虑到预留测温传感器空间，比如 可以在适当位置设计合适的孔穴。05热管理系统性能评估仿真是电池热管理系统最有效的评估手段之一。根据目前已有的风冷和水冷项目经验，仿真可以完成如下工作：1）水冷系统冷却板的压降计算以及冷却水流动一致性计算；2）电池包热性能评估计算；3）空气冷却系统优化计算。1、散热型电池包热管理案例以下为某混合动力汽车建立的整车热管理，其中包

9、含电池包热管理模型、乘员舱模型、发动机冷却、HVAC、油冷系统和电机冷却系统FloMASTER软件（软件原名称 Flowmaster）仿真模型，其中针对电池冷却系统，开展了一系列的设计仿真工作。FlowmasterCabiniidr-CooterCQfrporwit a dd*ct fcf hfat inputs Axjlputs toStnipllfitfd mocteU jExample of entire ID VTM model一 Battery system bluePower electronics I ： i Trans Lube system red针对电池包，建立了电芯模型和

10、冷却模型，考虑了电芯的热容、热阻和热桥，对冷却和加热过程进行了研究，得到了满足冷却温度要求（电芯不超过40 C）的水流量和在规定的30分钟内升温30 c的加热功率，以及加热过程中各电芯的温度均匀性及滞后性能。Battery Performance - Liquid一 ICE cooling greenCell Temp During Warm-Up4 kWHeaterCoolant 50/50 Glycol/WoferJ. Ambient 20aC2、直接空气冷却型电池包该案例为三菱欧兰德车型的热管理仿真，得到了不同气象条件及整个测试循环工况下蒸发器出口的冷风状态及电芯温度Time s3、空/

11、水混合冷却型电池包 以下模型为空/水混合冷却型电池热管理及整车热管理模型，并对该系统进行了不同季节、不同车况的热管理仿真，并结合 控制策略，研究了不同档位的采暖和电池加热工况以及纯加热工况，对系统设计及控制策略优化提供了重要依据。七sfljfe控C9 Rotational Speed Resun v Time HVAC & Brttery Heating2Q1607034(14 res_1 H/AC电动京痈龙 -凌劭机出京福度* 电也出口*港电逑令即泉骨通电也加坳豆注水科拽制园拜僮- BO -I 400070-w -50T43 r3D-2& T S .10-10-Ki 一0 G 0 0gM o o o o OSo o .5 ft 3 2 2 1* A.uu&v=n 妆410:pttledw一U-B _0IX32545 ,