保障电池运行安全,如何进行电池热管理系统设计?

2019-07-16 13:15发布

电池热管理系统的设计,是保障电池运行安全的决定性外在因素。也是提升电池系统寿命等性能指标的关键所在。它直接关系到电池系统最终的成败,可以一票否决设计成果。如何进行有效动力电池热管理设计,变得越来越重要?
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8条回答
杀狼000
2019-07-16 21:28
1)关键需求之一:应用“区域”说清楚,满足环境要求是第一位的。
从成本角度,不太赞成“全温度”需求设计方案。电池的本征特性NCM、 NCA、 LFP锂离子化学电池温度适应性很窄,也只能通过热管理去调节其应用范围(如图示)。但是,有一个问题,适应环境越强,温度调节范围越大,技术和成本投入也就越大(在热管理的硬件、软件部分)。如何权衡这个问题?我列举几点:
措施一,设计不同版本的热管理。尽管我们在续驶里程方面,不遗余力的努力,但是大部分车辆,大部分客户,还是把新能源车定义为中短途点对点的交通工具。运行范围还是比燃油车小。例如,如果在南方地区应用的物流车辆,覆盖高寒地区需求设计,显然是不合理,不经济的。时下“用户精准定位”,的设计也是一种发展趋势。措施二,“告之客户”:比如说,leaf 早期的版本,用户手册上有一条:“勿把车辆,置于49℃以上场所24h以上;置于-25℃以上场所7天以上”。任何产品,都是以满足大多数客户需求为目标的。当面对“少数”客户,少数“情况”的时候。需要给客户“讲清楚”。也是合情合理的办法。措施三,从根本入手,选择电池类型。比如说LTO电池,低温适应可以提高一个数量级。在电量和能量密度要求不高的情况下,是可以尝试应用的。(这一点,不在本文讨论)
2)关键需求之二:电池系统功率边界SOP,考验热管理温度限值控制能力整车的正向设计,功率需求是非常重要的。决定着动力性能的优劣。而电池系统的功率边界,很大程度上取决于热管理的限值控制能力。一般来讲,第一步需要整车功率需求的导入。电池系统再行分解技术指标,选择电芯,选择热管理模式等。当然,电池系统也有鞭长莫及的时候。和整车的匹配曲线,也会不吻合的。这个时候,需要优先考虑整车的安全性。
3)关键需求之三:系统温差设计目标,主要体现热管理的均温能力我一直认为,这是热管理设计的精髓所在。尽管热管理高低温的控温能力,解决了电池的安全运行问题,但是,体现电池性能,寿命能力,是“系统均温”能力说了算的。Tesla <2℃的系统温差,除了说明他的热管理能力强大,更关键的是 model S 、model X  15万英里的行驶里程,大部车辆电池容量损失不到10%。这才是真理。
均温设计,更多的是从热结构、冷媒介质、控制策略入手,是比较直接的环节。其实,还有一个重要的环节容易被忽略掉,哪就是“保温”设计(结构材料、控制策略)。保温措施,是改变温度变化斜率最有效的办法。一方面让高温时热管理降温更快(降低外环境影响),一方面,让环境低温时,停驶的车辆降温慢。这给用户带来了便利,也让环境温度略低于0℃的热管理设计,变得简化和容易。

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