動力鋰電池冷卻系統(tǒng)設(shè)計方法有哪些?
動力鋰電池的冷卻性能的好壞直接影響電池的效率,同時也會影響到電池壽命和使用安全。溫度的升高會影響電池的很多特性,如內(nèi)阻、電壓、SOC、可用容量、充放電效率和電池壽命。
在電動汽車中,冷卻系統(tǒng)重要分為兩部分:一是對動力系統(tǒng)的驅(qū)動電機、車輛控制器和DC/DC等部件冷卻,二是對供電系統(tǒng)的動力鋰電池和車載充電器冷卻。不同的熱管理系統(tǒng),零部件類型的結(jié)構(gòu)不同、重量不同以及系統(tǒng)的成本不同和控制方式不同,使得系統(tǒng)所達(dá)到的性能也不相同。在進行電池包熱管理系統(tǒng)類型設(shè)計選擇時,要考慮到電池的冷卻性能需求,結(jié)合整車的性能以及空間大小,系統(tǒng)的穩(wěn)定性和成本高低也是要考慮的因素。
1、風(fēng)冷
國內(nèi)外電動汽車電池組的冷卻方式上重要有以下幾種:空氣冷卻、液體冷卻、熱管冷卻。目前空氣冷卻方式仍然是重要采用的方法,空氣冷卻比較容易實現(xiàn),但冷卻效果不佳。
2、液冷
液體冷卻有較好的冷卻效果,而且可以使電池組的溫度分布均勻,但是液體冷卻對電池包的密封性有很高的要求,假如采用水這類導(dǎo)電液體,需用水套將液體和電池單體隔開,這樣不僅新增了系統(tǒng)的復(fù)雜性而且降低了冷卻效果。
一般冷卻系統(tǒng)都是安裝在電池組模塊附近,原理和空調(diào)的制冷原理相似,冷卻系統(tǒng)通過管路和單個電池模塊相連,管路里循環(huán)流動冷卻液(一般是乙二醇),將單個電池模塊的熱量帶走,冷卻系統(tǒng)將乙二醇制冷,多余熱量通過風(fēng)扇排到外界,而乙二醇再次循環(huán)進入電池模塊,繼續(xù)吸收電池散發(fā)的熱量。
3、熱管技術(shù)
熱管技術(shù)可以滿足電池組的高溫散熱與低溫預(yù)熱雙工況要求,響應(yīng)快,溫度均勻性好,作為電池組新的冷卻方法被提出后,有了一定的發(fā)展,且作為產(chǎn)業(yè)研究的重點方向,但是受到布置和體積的限制,目前還沒有實車使用。
熱管技術(shù)工作示意圖
從現(xiàn)有電動汽車動力鋰電池冷卻方式來看,風(fēng)冷一直占據(jù)重要的位置,尤其是日系電動汽車,基本采用風(fēng)冷系統(tǒng)。隨著應(yīng)用環(huán)境對電池的要求越來越高,液冷也成為車公司的優(yōu)先方法,如特斯拉、寶馬等品牌。我國主流電動乘用車公司也開始轉(zhuǎn)向液冷系統(tǒng),從中長期趨勢來看,液冷將占據(jù)主流。
電池包冷卻系統(tǒng)重要組件
不同的冷卻系統(tǒng)有相對應(yīng)的冷卻組件:風(fēng)冷系統(tǒng)重要部件為風(fēng)機,液冷系統(tǒng)重要部件為冷卻板。
風(fēng)冷系統(tǒng)組件:冷卻風(fēng)道、風(fēng)機、電阻絲
風(fēng)機的選型直接影響電池包空冷系統(tǒng)的冷卻效果。風(fēng)機的選型要求如下:根據(jù)電池的熱生成速率確定空氣流量;滿足每個模塊的溫升要求;基于系統(tǒng)所需空氣流量以及系統(tǒng)的壓降曲線選擇滿足要求的風(fēng)機。
液冷系統(tǒng)組件:水冷管道、冷卻泵、冷卻閥、冷卻板
冷卻板作為電池包液冷系統(tǒng)中最關(guān)鍵的零部件之一,冷卻板的選型至關(guān)重要。冷卻板的選型必須滿足如下要求:冷卻板的壓降必須滿足客戶要求;冷卻水流動的一致性要求;爆破壓力要求;冷卻板的機械要求;冷卻板必須通過振動和沖擊載荷測試;冷卻板必須滿足公差要求以及空間尺寸要求。
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