通過(guò)FEA提升鋰離子電池?zé)峁芾硇阅?/h1>
汽車(chē)鋰離子電池的性能和使用壽命與電池的工作溫度有著非常直接的關(guān)系。電池?zé)峁芾硎请姵卦O(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的最主要因素,尤其是那些間接式風(fēng)冷或間接式液冷的熱管理系統(tǒng),因?yàn)槔鋮s介質(zhì)并不與電池單元直接接觸。
插電式混合動(dòng)力車(chē)(PHEV)有兩種工作模式,分別為電量消耗模式(CD)和電量維持模式(CS)。電池包的容量是由電量消耗模式的行駛里程決定的。在這種模式下,電池單元的荷電狀態(tài)通常會(huì)從90%下降到25%(假設(shè)電池的可使用容量變化范圍為65%)。如果針對(duì)乘用車(chē)來(lái)說(shuō),在電量消耗模式下電量損耗假設(shè)為400-500 W·h/km的話,那么整個(gè)電池包的容量在電量消耗模式下需要能夠在15~20kW·h范圍內(nèi)行駛64km。 本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201612/331556.htm在電量消耗模式運(yùn)行結(jié)束后,電池單元內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,這主要是由于較高的放電/充電脈沖電流及較高的電池單元內(nèi)部電阻造成的,而這些也會(huì)隨著電池電量的消耗不斷增加。此外,因?yàn)椴咫娛交旌蟿?dòng)力車(chē)電池僅在電量消耗模式下才可以達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷工作狀態(tài),因此在電量消耗模式運(yùn)行結(jié)束后電池的熱量會(huì)達(dá)到最大值。電池單元內(nèi)部積累的熱量越多,電池的溫度就會(huì)越高。
電池單元的最高溫度和最大溫差是影響電池耐久性和安全性的兩個(gè)關(guān)鍵因素。為了讓電池發(fā)揮最佳的性能,電池包內(nèi)電池單元的工作溫度應(yīng)該控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。在特定的工作環(huán)境下,電池單元內(nèi)的溫度分布應(yīng)該盡量保持均勻,這樣才能確保電池的耐久性和安全性。
提高電池的熱管理性能需要深入了解電池包內(nèi)電池單元在不同布局和冷卻條件下的熱表現(xiàn)。在電池包冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面,電池溫度變化熱模擬可以發(fā)揮重要的作用。AVL Powertrain Engineering公司工程師通過(guò)模擬插電式混合動(dòng)力車(chē)的應(yīng)用環(huán)境對(duì)采用間接式液冷熱管理的鋰離子電池包的熱表現(xiàn)進(jìn)行了理論研究。
工程師采用的電池包包含96個(gè)大功率電池單元,平均放置在八個(gè)模塊內(nèi)。電池單元采用串聯(lián)的方式,整個(gè)電池包的容量為20kW·h。每個(gè)模塊放在并排的結(jié)構(gòu)(熱對(duì)稱(chēng))中。電池單元通過(guò)與冷板直接接觸的鋁翅片(1.5mm厚)進(jìn)行冷卻。
研究人員采用了一個(gè)簡(jiǎn)單的FEA模型對(duì)單冷板和雙冷板冷卻效果都進(jìn)行了分析,還對(duì)冷板表面溫度變化給電池單元溫度分布造成的影響進(jìn)行了研究。研究結(jié)果如下:
◆電池單元的溫度分布受到冷板位置的影響非常大 ;
◆冷板內(nèi)冷卻液流動(dòng)的方向?qū)卫浒謇鋮s效果的影響不明顯,但是會(huì)對(duì)雙冷板冷卻的最大溫差造成較大的影響;
◆雙冷板的冷卻容量是單冷板的兩倍,因此在相同的電池負(fù)載下,采用雙冷板進(jìn)行冷卻的電池最高溫度比單冷板的低很多,最大溫差也小很??;
◆單冷板和雙冷板最大溫度出現(xiàn)位置不同:?jiǎn)卫浒宄霈F(xiàn)在正極附近,而雙冷板冷卻出現(xiàn)在正負(fù)極之間的區(qū)域內(nèi);
◆雙冷板冷卻中電池接線端的溫度比單冷板冷卻低很多,因?yàn)殡姵亟泳€端和母線產(chǎn)生的電阻熱可以直接引導(dǎo)到雙冷板冷卻中的冷板上。而在單冷板冷卻中,冷板通常放置在電池接線端對(duì)面位置。電池接線端和母線產(chǎn)生的電阻熱只能順著熱傳導(dǎo)路徑擴(kuò)撒掉。電池?zé)嶙璧脑黾訒?huì)導(dǎo)致接線端和母線產(chǎn)生的電阻熱在電池內(nèi)聚集,從而導(dǎo)致接線端子附近的溫度進(jìn)一步上升。(end)
插電式混合動(dòng)力車(chē)(PHEV)有兩種工作模式,分別為電量消耗模式(CD)和電量維持模式(CS)。電池包的容量是由電量消耗模式的行駛里程決定的。在這種模式下,電池單元的荷電狀態(tài)通常會(huì)從90%下降到25%(假設(shè)電池的可使用容量變化范圍為65%)。如果針對(duì)乘用車(chē)來(lái)說(shuō),在電量消耗模式下電量損耗假設(shè)為400-500 W·h/km的話,那么整個(gè)電池包的容量在電量消耗模式下需要能夠在15~20kW·h范圍內(nèi)行駛64km。 本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201612/331556.htm在電量消耗模式運(yùn)行結(jié)束后,電池單元內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,這主要是由于較高的放電/充電脈沖電流及較高的電池單元內(nèi)部電阻造成的,而這些也會(huì)隨著電池電量的消耗不斷增加。此外,因?yàn)椴咫娛交旌蟿?dòng)力車(chē)電池僅在電量消耗模式下才可以達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷工作狀態(tài),因此在電量消耗模式運(yùn)行結(jié)束后電池的熱量會(huì)達(dá)到最大值。電池單元內(nèi)部積累的熱量越多,電池的溫度就會(huì)越高。
電池單元的最高溫度和最大溫差是影響電池耐久性和安全性的兩個(gè)關(guān)鍵因素。為了讓電池發(fā)揮最佳的性能,電池包內(nèi)電池單元的工作溫度應(yīng)該控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。在特定的工作環(huán)境下,電池單元內(nèi)的溫度分布應(yīng)該盡量保持均勻,這樣才能確保電池的耐久性和安全性。
提高電池的熱管理性能需要深入了解電池包內(nèi)電池單元在不同布局和冷卻條件下的熱表現(xiàn)。在電池包冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面,電池溫度變化熱模擬可以發(fā)揮重要的作用。AVL Powertrain Engineering公司工程師通過(guò)模擬插電式混合動(dòng)力車(chē)的應(yīng)用環(huán)境對(duì)采用間接式液冷熱管理的鋰離子電池包的熱表現(xiàn)進(jìn)行了理論研究。
工程師采用的電池包包含96個(gè)大功率電池單元,平均放置在八個(gè)模塊內(nèi)。電池單元采用串聯(lián)的方式,整個(gè)電池包的容量為20kW·h。每個(gè)模塊放在并排的結(jié)構(gòu)(熱對(duì)稱(chēng))中。電池單元通過(guò)與冷板直接接觸的鋁翅片(1.5mm厚)進(jìn)行冷卻。
研究人員采用了一個(gè)簡(jiǎn)單的FEA模型對(duì)單冷板和雙冷板冷卻效果都進(jìn)行了分析,還對(duì)冷板表面溫度變化給電池單元溫度分布造成的影響進(jìn)行了研究。研究結(jié)果如下:
◆電池單元的溫度分布受到冷板位置的影響非常大 ;
◆冷板內(nèi)冷卻液流動(dòng)的方向?qū)卫浒謇鋮s效果的影響不明顯,但是會(huì)對(duì)雙冷板冷卻的最大溫差造成較大的影響;
◆雙冷板的冷卻容量是單冷板的兩倍,因此在相同的電池負(fù)載下,采用雙冷板進(jìn)行冷卻的電池最高溫度比單冷板的低很多,最大溫差也小很??;
◆單冷板和雙冷板最大溫度出現(xiàn)位置不同:?jiǎn)卫浒宄霈F(xiàn)在正極附近,而雙冷板冷卻出現(xiàn)在正負(fù)極之間的區(qū)域內(nèi);
◆雙冷板冷卻中電池接線端的溫度比單冷板冷卻低很多,因?yàn)殡姵亟泳€端和母線產(chǎn)生的電阻熱可以直接引導(dǎo)到雙冷板冷卻中的冷板上。而在單冷板冷卻中,冷板通常放置在電池接線端對(duì)面位置。電池接線端和母線產(chǎn)生的電阻熱只能順著熱傳導(dǎo)路徑擴(kuò)撒掉。電池?zé)嶙璧脑黾訒?huì)導(dǎo)致接線端和母線產(chǎn)生的電阻熱在電池內(nèi)聚集,從而導(dǎo)致接線端子附近的溫度進(jìn)一步上升。(end)
評(píng)論