电动车电池及其温管理初步研究

电动车电池及其温管理初步研究第1页/共23页电动车包括：

1.电动自行车；

2.电动摩托车；

3.四轮微型电动车；

4.电动汽车。（纯电动车BEV、混合动力电动车HEV、燃料电池电动车FEV）电动车的优越性：

1.可使用多种资源（不受石油的限制，可利用一切能发电的资源）；

2.环境污染低（包括发电，和电池制造使用过程对环境的污染）；

3.效率高（内燃机约12%，而电池19%）；

4.噪音低；

5.结构简单，使用维修方便；

6.使用环境广，不受使用环境影响。电动车电池发展情况电动车的关键问题：除了电机及其控制系统、社会基础设施建设（充电站）外，最主要的问题是电池。第2页/共23页电动车电池发展情况电动车用电池蓄电池燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能，以加注“燃料”的方式来补充能源。充电方式补充能量，任何电资源均可利用。铅酸蓄电池镍氢蓄电池钠硫蓄电池锌空电池镍镉蓄电池锂离子电池第3页/共23页在众多电池中目前发展较好的是：

镍氢蓄电池锂离子电池电动车电池发展情况评价车用电池的标准

1.能量比质量，Wh/kg，代表每kg的电池能够提供多少能量；

2.能量比体积，Wh/L，代表每L容积的电池能够提供多少能量；3.功率比质量，W/kg，代表每kg的电池能够提供多大的马力；

4.寿命，工作时间和总行驶里程来；

5.经济性。普通燃油汽车发动机：200Wh/kg普通燃油汽车发动机：440W/kg第4页/共23页电动车电池发展情况作为电动车用电池必须满足

1.贮能密度高（一次充电行驶里程长）；

2.能量输出密度高（加速性能、爬坡性能好）；3.充电时间短、寿命长；

4.维修、保养费低；

5.安全性高（包括对环境的安全）；

6.价格低，有再利用性等技术特点。镍氢蓄电池锂离子电池1000w/kg功率比质量1300w/kg目前蓄电池研发的性能指标：目前技术最成熟，应用最多的还是镍氢蓄电池但锂离子电池又有不可替代的优势第5页/共23页自放电小，无记忆效应31能量密度高，输出功率大2环境“友好”，绿色电池，使用寿命长6可快速充放电，充放电效率高33平均输出电压高（约3.2V），放电平稳35工作温度范围宽-25~+80C4锂离子电池的优点这将指出，对电池温度必须进行有效管理。第6页/共23页铅酸电池镍氢电池锂离子电池（LiFePO4）高能量型高功率型高能量型高功率型能量密度

(Wh/kg)35~4070~7555~60110~12090~100功率密度

(W/kg)150~200200~250900~1000500~6002000~3000工作电压（V）1.61.23.2循环次数3005005001500~20001500~2000目前锂离子电池与其它动力电池的性能比较故“锂离子电池”的前景极其光明！锂离子电池第7页/共23页锂离子电池正极负极隔膜电解液锂离子电池体系结构锂离子电池第8页/共23页锂离子电池几种主要正极材料的电化学性能锂离子电池第9页/共23页前驱体

掺杂元素化合物球磨混合固相反应颗粒整形（气流磨）“原位碳包覆＋元素掺杂”

LiFePO4材料

电化学分析微观结构和形貌分析聚丙烯N2气中加热冷却

LiFePO4制备技术路线锂离子电池第10页/共23页搅拌连续涂布连续辊压连续分条制片连续卷绕焊集流体滚槽焊底注液封口化成分容检验入库采用连续涂布、连续辊压、连续制片、连续卷绕。LiFePO4工艺流程设想锂离子电池第11页/共23页超力电池结构设想锂离子电池第12页/共23页电池的温度管理温度对充电次数和容量的影响第13页/共23页

无论是锂离子电池还是镍氢电池，它们都有一个正常工作的温度范围。故对电池的温度管理必须提上议事日程。

就以锂离子电池为例：其正常工作的温度范围为：-25℃-80℃。电池的温度管理最好控制在10℃～40℃。第14页/共23页电池的温度管理1.冷却/加热型式:水冷(热)式风冷(热)式冷却时,翅片或热管带走电池的热量,经过冷却的空气再带走翅片或热管的热量;加热时,经过加热的空气加热翅片或热管,翅片或热管再加热电池。其介质为50%水和50%乙二醇(Glycol)的混合液体,效果比风冷(热)式好。但是由于系统零件多,而且复杂,所以费用相对要高;同时稳定性和可靠性,以及保修较差。空调系统冷(热)式冷却时,空调通过电磁阀调整制冷剂回路，将电池组中的散热器作为蒸发器使用，对电池冷却。加热时,空调通过电磁阀调整制冷剂回路，将电池组中的散热器作为冷凝器使用，对电池加热。但在纯电动中难于加热电池组需要引入冷热风，热风一般采用PTC加热的方式。需要有良好的控制逻辑第15页/共23页电池的温度管理2.第二代和第三代电池温度控制要求更高

由于第二代电池对电池冷却(加热)的要求较低,被动式翅片风冷可以满足冷却效果;被动式翅片也可以满足电池风暖的要求.但第三代电池的冷却要求和加暖要求较高,必须采用“主动式”高强度冷却/加暖。3.第三代电池冷却的初步方案设想

采用”主动式”和“双向”热管技术。既可以散热,也可以加热。4.第三代电池最大包容空间由于需要至少100块电池,所以对最大安装空间的要求高,每个电池之间的距离在1.5mm以下。热管长度(每端)只能比电池超出25mm。5.第三代电池热管理成本要求100块电池需要101块散热管，即N块电池需要N+1块散热板。冷却系统目标费用每块散热板在10-15元。但会增大电池组的装配空间第16页/共23页电池的温度管理电池散热器电池与散热器的布置示意图第17页/共23页电池的温度管理在纯电动汽车中，由于空间和结构形式的限制，故超力推荐采用与空调系统结合起来，直接采用制冷剂冷却和加热电池组的方案。优点：结构简单，可靠，成本低，加热制冷快，耗能少等特点。缺点：电子控制复杂。介质