電動車鋰電池液體冷卻方法推薦
我個人的觀點來看,對電動車來說,關于電池組的熱管理最為靠譜的方法是類似于以下的方法。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/196823.htm從可靠性的角度,我將評估一下tesla的18650圓柱形電池的制造可靠性,和其內(nèi)部連接的熔絲的可靠性。Tesla的電池組從本質上來看,不具備低成本的可能。這是因為本身18650電池造價較低,但是為了保證小電池之間的串并級聯(lián),要付出很多的安全性的考慮。那么多熔絲的連接對于大規(guī)模生產(chǎn)來說可能充滿很大的難度。Toyota在新能源車上具有很強的實力,但它的電動車計劃遭受嚴重的挫折以后,對大容量電池這塊的嘗試卻是很少的。本質上它的插入式 prius更偏向于混合動力車多一些。
總結一下這么做的幾個特點:
1.電池包可以做到非常緊湊,中間幾乎沒有空隙。
2.抗震和抗沖擊性比較好,可以在電池CELL之間添加沖擊吸收緩沖材料。
3.把散熱的過程轉換為加熱過程,使得鋰電池在低溫下的運行保證了可能。
4.保證了電池CELL的散熱的均勻性。
5.成本相對較高,主要是在高壓泵和聚合物電池的價格上,兩者都有很大的降價空間。
6.安全性,聚合物電池本身的安全性易于管理。
在SAE的這篇論文中,作者提到了模塊冷卻的仿真方法 Integrated Simulation Process for the Thermal Management of LiIon Batteries in Automotive Applications
總體而言,這篇文章有些偏于理論化,整個設計也存在一些問題。
在SAE的這篇論文中,較為詳細的介紹了聚合物電池的發(fā)熱評估Thermal Characterization Management of PHEV Battery Packs(Compact Power, Inc)。
關于散熱片的內(nèi)部流道的結構設計也會對水流的分布和散熱(加熱)的效率產(chǎn)生一定的影響,這直接影響到CELL(這個CELL一般是好幾個電池并聯(lián)的大cell)的各個部分之間溫度的不均勻。
Delphi關于上半部分所述的方案(電動車鋰電池液體冷卻方法推薦(上))是有專利的,不知道是否意味著這樣的結構不能被使用了(如圖1所示):
由于液體冷卻只是把熱量從電池組內(nèi)部搬移出來,因此需要解決更多的問題,GM目前關于這塊最為完善的,有興趣可以參見VOLT的一些散熱方面的圖。
武曄卿老師寫了兩篇導論性的文章:
《電子產(chǎn)品熱設計》
《電子設備熱設計(續(xù))》
這里想提的一點是,在將工業(yè)系統(tǒng)移植入汽車中的過程中的時候,整個電子類產(chǎn)品的熱設計(包括電機、電機控制器、DC/DC高壓轉換和充電器,最為特殊的是電池組)這些部件的散熱要求通通需要嚴格考慮。如同以前曾經(jīng)總結過的那樣,在大熱天的情況下,汽車不僅要承受地面高至40度以上的環(huán)境溫度,還要把乘客艙的熱量散出去,在底盤上的這些設備面臨著系統(tǒng)性的熱管理的風險。
圖1
我有時候始終無法理解,目前的中國直流充電標準對電動車大巴電池組將會帶來多大的傷害,其次無法理解32A的特殊車載的充電器,按照中國的電壓,應該是6.6KW,竟然有廠家做出來不是液體冷卻的充電器來了;殘酷的事實是,為了符合大部分地區(qū)和較為苛刻的要求,韓國,日本和美國的供應商在2.2KW以上的充電器等級的時候,都采取液體冷卻。這固然和車的系統(tǒng)有關,國內(nèi)的技術太超前了。
整個散熱系統(tǒng)有著較為系統(tǒng)性的控制要求,特別是對電池來說,需要像保溫設備一樣,擁有不同的散熱控制算法,來保證電池組在合適的溫度范圍內(nèi),保證電池組內(nèi)的單體的溫度均勻性。在分析的過程中,我覺得可能需要通過的幾個步驟才能簡略的得到一組設計結果:
1.通過整車的工況,估算電池組需要放電和充電的工況;
2.使用仿真來驗證以上的條件;
3.通過估算推導在放電和充電條件下電池組產(chǎn)熱情況;
4.考慮系統(tǒng)的選擇方案(液冷和風冷); 注:事實上,需要進一步細分,參閱《HEV電池產(chǎn)熱與散熱考慮》。
5.以正常值考慮單體電池需要的散熱條件;
6.在既定的散熱條件下(液冷為進口水壓和溫度,風冷為風扇的功率和進風口的空氣的溫度控制)設計相應的散熱片或者散熱間隙;
7.通過流體設計軟件來仿真結果。
這樣的步驟可能有些太簡單了,對系統(tǒng)的散熱設計這方面,我屬于剛剛接觸的范疇。希望和大家一起交流,提高一下設計水平。
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