电池热管理的研究

1、电动汽车很“火”，但电池需要“冷”下来汇报人：高等传热学课外拓展学习-1-3 11/29目录一、电动汽车产业发展四、今后研究方向三、电池热管理伎俩二、温度对电池影响22/29一、电动汽车产业发展33/294纯电动汽车：由电动机驱动汽车混合动力汽车：能从可消耗燃料或可再充电能/能量储存装置取得动力汽车。燃料电池汽车：以燃料电池作为动力电源汽车。1.1 电动车分类4/2951.2 电动车发展5/296截止2010月，全世界几乎全部主流汽车企业都宣告了电动汽车转型计划。 205月，大众称已经开始了一个投资120亿美元电动车计划，计划2030年推出30个电动车车型。209月，丰田宣告和马自达、电装成立

2、合资企业研发电动车，计划在20上路，当前投资共19亿美元。2010月，日产、三菱、雷诺合资企业宣告在 2022 年以前投入100亿欧元，用于推出 8 款纯电动车和 12 款混合动力车。通用汽车 投入了10亿美元用于电动汽车研发，年宣告深入投资178亿美元用于电动车生产。在中国市场，通用汽车计划在20推出10款新能源汽车。6/297 我国计划到新能源汽车年产销量达200万辆，累计产销量达500万辆，明确了到2025年新能源汽车销量占总销量百分比到达20%以上。7/298 在11月9日召开第二届国际燃料电池汽车大会上，中国汽车工程学会理事长付于武预测：“到2030年，我国氢能汽车产业产值有望突破万

3、亿元大关。”8/29二、温度对电池影响99/2910first温度过高或者过低，都会影响电池内部反应速率。second添加文本添加文本而且，电池在高温环境下工作会使电池温度过高而造成热失控，严重时甚至会使电池发生爆炸。10/2911从图中可看出，电动车在使用过程中起火较多，这是因为汽车在行驶过程中燃料电池温度过高，从而引发汽车自燃。11/2912年4月，杭州首批电动出租车上路运行还不到3个月，一辆正在运行众泰朗悦纯电动出租车发生自燃。年普锐斯发生过一起自燃事件。造成起火原因是一个电芯电极连接处没有按照要求连接，从而造成连接处松动，继而热控片不起作用，造成电池发烧，从而电池爆开，电解液被引燃。1

4、2/2913在低温环境下，因为电解液粘度增加，妨碍电荷载体移动，影响电流产生，极端情况下，电解液甚至冻结，造成电池无法放电，造成汽车无法充电。在电池温度过高时进行有效换热，预防热失控事故。在电池温度较低时进行温度预热，提升电池温度，确保充电、放电性能和安全性减小电池组内温度差异，抑制局部热区形成，预防高温降低电池组寿命所以，电池热管理对提升汽车性能含有主要意义。13/29三、电池热管理方法1414/291515/29163.1 风冷式电池散热被动式风冷散热：指不使用任何外部辅助能量直接利用车速形成自然风将电池热量带走。该方法简单易行，成本低，散热过程热量交换以自然对流为主，主动式风冷散热：散热

5、过程热量交换主要是强制对流，所以，假如电池模块周围空间允许，能够安装局部散热器或风扇，也可利用辅助或汽车自带蒸发器来提供冷风。16/2917风冷式电池散热通风方式串行通风：低温空气从左侧进入，右侧流出电池模块，空气流动过程中不停被加热，所以右侧电池散热效果比左侧差，电池温度轻易出现右侧高于左侧情况。并行通风：经过楔形进气与排气通道设计，使得各电池单体、电池模块之间气流平行经过，有利于空气在不一样电池单体、电池模块间更均匀分布。17/29183.2 液冷式电池散热被动式：液体介质流过电池被加热，温度上升，热流体经过泵进行输送，经过换热器与外界空气进行热交换，温度降低，被冷却流体（冷却液）再次流过

6、电池，结构简单，成本低。主动式：热流体与外界热量交换主要经过汽车发动机冷媒或与空调系统结合方式进行。主动式液冷系统主要耗能来自泵与制冷系统。18/2919与空冷式散热系统相比，液冷式散热系统即使复杂，但冷却效果好。电池单体或模块和液体之间传热效率与液体热物性都相关系。流速相同时，大多数直接接触式液体传热效率要远优于空气。19/29203.3 基于相变材料电池散热将相变材料（PCM）用于电池热管理系统时，把电池组直接浸在PCM中，也能够采取夹套式结构，在单体电池外部套一层环形PCM，形成一个少稍大单体电池，进而再组成电池组。在电池进行放电时，系统把热量以相变潜热形式储存在PCM中，从而吸收电池放

7、出热量使电池温度快速降低。电池通常布置成对称形式，模块A、B、C、D作为数学模型边界，电池中间对称面则作为传热计算绝热面。20/2921应用模式相变材料在电池包中应用主要有两种模式: （a） 电池单元直接置于相变材料( b) 相变材料将电池单元夹在中间，形成三明治结构。以下列图所表示：21/2922惯用相变材料石蜡水合盐脂肪酸22/2923石蜡水合盐脂肪酸优点储热密度高相变温度范围广过冷程度小无相分离相变潜热大导热性好价格低廉相变潜热较高缺点导热能力差过冷现象显著屡次循环后易发生相变分离对设备材质要求高相变材料比较23/2924基于PCM电池热管理系统中，PCM应满足以下要求：（1）含有适宜相

8、变温度（普通应高于环境温度，低于电池热管理 最高目标温度）；（2）相变潜热大，比热容以及导热系数大；（3）过冷度小或者没有过冷现象；（4）过冷度小或者没有过现象；（5）化学性质稳定、无毒、不易燃、不易爆；（6）储量大、价格低廉。24/2925三种方法比较风冷式电池散热液冷式电池散热基于相变材料电池散热优点（1）结构简单，质量相对较小。（2）没有发生漏液可能。（3）有害气体产生时能及时通风。（4）成本较低。（1）与电池壁之间换热系数高（2）冷却、加热速度快（3）体积较小（1）散热、均温效果好（2）系统结构简单（3）无需花费电池额外能量缺点（1）散热效果普通（2）电池封装、安装位置及散热面积需要重点设计（1）结构较为复杂，增加系统重量（2）存在漏液可能（3）维修保养复杂（1）单一PCM材料导热系数低25/29263.4 热管冷却 热管是由利用蒸发相变来传热一个热管理系统。它是一个密封结构空心管，一端是蒸发端，一端是冷凝端。工作原理是蒸发端受热时毛细管中液体快速蒸发，蒸汽在微小压力差下流向另外一端遇冷重新凝结释放出大量热量，凝结液体再在毛细力作用下沿多孔材料流回蒸发端，如此循环不