电池热管理的研究

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2018-1-3

1目录一、电动汽车产业的发展四、今后研究方向三、电池热管理手段二、温度对电池的影响2一、电动汽车产业的发展34纯电动汽车：由电动机驱动的汽车混合动力汽车：能从可消耗的燃料或可再充电能/能量储存装置获得动力的汽车。燃料电池汽车：以燃料电池作为动力电源的汽车。1.1电动车的分类51.2电动车的发展6截止2017年10月，全世界几乎所有的主流汽车公司都宣布了电动汽车的转型计划。2017年5月，大众称已经开始了一个投资120亿美元的电动车计划，计划2030年推出30个电动车车型。2017年9月，丰田宣布和马自达、电装成立合资公司研发电动车，计划在2020年上路，目前投资共19亿美元。2017年10月，日产、三菱、雷诺的合资公司宣布在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。2005年通用汽车投入了10亿美元用于电动汽车的研发，2009年宣布进一步投资178亿美元用于电动车生产。在中国市场，通用汽车计划在2020年推出10款新能源汽车。7我国计划到2020年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的比例达到20%以上。8在2017年11月9日召开的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万亿元大关。”二、温度对电池的影响910first温度过高或者过低，都会影响电池内部的反应速率。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导致热失控，严重时甚至会使电池发生爆炸。11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，从而引起汽车自燃。122011年4月，杭州首批电动出租车上路运营还不到3个月，一辆正在运营的众泰朗悦纯电动出租车发生自燃。2008年普锐斯发生过一起自燃事件。导致起火的原因是一个电芯电极连接处没有按照规定连接，从而导致连接处松动，继而热控片不起作用，导致电池发热，从而电池爆开，电解液被引燃。13在低温环境下，由于电解液粘度增加，阻碍电荷载体的移动，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，导致汽车无法充电。在电池温度过高时进行有效换热，防止热失控事故。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的温度差异，抑制局部热区形成，防止高温降低电池组寿命因此，电池的热管理对提高汽车的性能具有重要意义。三、电池热管理方法1415163.1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的自然风将电池的热量带走。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：散热过程的热量交换主要是强制对流，因此，如果电池模块周围空间允许，可以安装局部散热器或风扇，也可利用辅助的或汽车自带的蒸发器来提供冷风。17风冷式电池散热的通风方式串行通风：低温空气从左侧进入，右侧流出电池模块，空气流动过程中不断被加热，因此右侧电池散热效果比左侧差，电池温度容易出现右侧高于左侧的情况。并行通风：通过楔形的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通过，有利于空气在不同电池单体、电池模块间更均匀的分布。183.2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，热流体通过泵进行输送，通过换热器与外界空气进行热交换，温度降低，被冷却的流体（冷却液）再次流过电池，结构简单，成本低。主动式：热流体与外界的热量交换主要通过汽车发动机冷媒或与空调系统结合的方式进行。主动式液冷系统主要耗能来自泵与制冷系统。19与空冷式散热系统相比，液冷式散热系统虽然复杂，但冷却效果好。电池单体或模块和液体之间的传热效率与液体的热物性都有关系。流速相同时，大多数直接接触式液体的传热效率要远优于空气。203.3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，也可以采用夹套式结构，在单体电池外部套一层环形PCM，形成一个少稍大的单体电池，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的形式储存在PCM中，从而吸收电池放出的热量使电池温度迅速降低。电池通常布置成对称形式，模块A、B、C、D作为数学模型的边界，电池中间对称面则作为传热计算的绝热面。21应用模式相变材料在电池包中的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。如下图所示：22常用相变材料石蜡水合盐脂肪酸23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明显多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24基于PCM的电池热管理系统中，PCM应满足如下要求：（1）具有适宜的相变温度（一般应高于环境温度，低于电池热管理

的最高目标温度）；（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。25三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）没有发生漏液的可能。（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）无需耗费电池额外能量缺点（1）散热效果一般（2）电池的封装、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263.4热管冷却热管是由的利用蒸发相变来传热的一种热管理系统。它是一种密封结构的空心管，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的液体迅速蒸发，蒸汽在微小的压力差下流向另外一端遇冷重新凝结释放出大量热量，凝结的液体再在毛细力作用下