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电动汽车电池热管理的重要性和目标

文章出处:江苏凤谷节能科技有限公司 www.fg-furnace.com责任编辑:江苏凤谷节能科技有限公司 www.fg-furnace.com人气:-发表时间:2018-01-06 10:05【

动力电池是纯电动汽车的主要储能元件,其性能的好坏直接决定着电动汽车产业的发展前景和产业化进程。在电池充放电过程中会发生各类物理变化和电化学变化,以是电池对温度十分敏感。温度对电池机能的影响表现在以下几个方面:

(1)电池容量:电池容量会跟着温度的降低而减小,而且在-20 ℃后电池容量的减小速率集聚增长;其本身的温度稍微高于常温时,电池容量也会随温度的增长而逐步增长。环境温度-40 ℃,电池容量仅为标称容量的1/3;环境温度为0 ℃时,电池容量为标称值的80%;环境温度为60 ℃时,电池容量为标称值的110%。

(2)电池内阻:在30 ℃到50 ℃之间,温度变化对锂离子电池内阻的影响较小;温度低于10 ℃后,其内阻将随着温度的降低而迅速增加。温度下降会使电池内部电解质的电导率(常见的如LiPF6等)下降,进而影响到电池内阻。

(3)电池寿命:电池包内各电池之间的温度差异会使电池单体的电压各不相同,会导致个别动力电池出现过冲、过放等现象,这一现象会缩短其本身的可用寿命。

(4)电压平台:随着温度的下降,放电电压平台降低,充电电压平台升高。尤其是环境温度低于-20 ℃时,电池的充放电都变得困难。

电池内部的电化学反应会因为恰当的高温变得更快,但是高温下快速的反应也会导致放热增加,进一步推高电池温度,同时高温也会使电解液、电极、隔板加速老化,电池性能降低。电池本身温度过高不仅会造成其性能的衰减,而且会导致安全隐患。电池温度超过某个阂值后,其内部会产生一连串的放热反应,如电解液、负极、正极的热分解,正负极热分解的同时也会和电解液产生反应。高温下的放热反应会进一步导致电池温度升高,造成巨大危险。另一方面,如果电池的生热速度大于其散热速度,其内部温度不断升高会造成活性物质发生分解,与电解液反应释放气体,造成电池鼓包,甚至发生爆炸。

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国内纯电动汽车市场成长迅猛,加上国家给予的补贴政策,这类汽车在国内卖的如火如茶,但其中也不乏部分厂商急功近利,在热管理技术上偷工减料,盲目推出新车抢占市场。纯电动汽车行业发展过快的同时,行业规范却没能及时跟上,国内汽车自燃等恶性事件时有发生,国外知名电动汽车品牌也难以例外:2011年在杭州,一辆上路运行的某公司纯电动出租车电池组因温度过高发生自燃;2012年一辆某公司纯电动被撞后引起起火事故;  2015年4月深圳一辆电动大巴在充电时,车辆前端的动力电池燃烧后发生了爆炸;2015年有3辆美国某公司纯电动汽车发生了自燃事故,调查结果显示和锂电池有关;2016年1月在挪威,某纯电动汽车在充电站充电时忽然起火,汽车被烧毁大半。这些自燃事件都显示了高温对纯电动汽车安全性的巨大威胁。综上所述,为了使电池保持其最佳性能、提高电动汽车的安全性和可靠性,必须进行热设计工作,加入电池热管理系统。

热管理系统的设计目标是电池温差始终不能超过-5 ℃,热管理系统能够使电池组在高温或低温的极端工况时使电池组能够保持在20~45 ℃的正常工作温度。当电池组的温度跨越其正常温度范围时,应当启动BMTS对电池组进行加热或者散热,使其回归正常工作温度范畴,并使电池组各单体电池的温度场满足一致性的要求。如果电池的温度失去控制,系统应该并发出警报,电池温度达到预定阂值时,系统必须断开动力电池组电源,以确保汽车安全,防止电池组起火或者爆炸。