新能源汽車的核心——動力電池系統(tǒng)，一般主要由電池模組、電池管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、電氣及機(jī)械系統(tǒng)等構(gòu)成。影響新能源汽車推廣應(yīng)用的重要原因一個(gè)是動力電池的安全性，另外一個(gè)就是使用成本。

因此隨著新能源汽車大規(guī)模的推廣，安全性需要得到進(jìn)一步提高，所以熱管理的重要性凸現(xiàn)出來。熱管理的作用簡要來說就是讓電池工作在一定的溫度范圍內(nèi)維持最佳的使用狀態(tài)，用以保證電池系統(tǒng)的性能和壽命。

熱管理系統(tǒng)的構(gòu)成

電池組熱管理系統(tǒng)主要由導(dǎo)熱介質(zhì)、測控單元以及溫控設(shè)備構(gòu)成。導(dǎo)熱介質(zhì)與電池組相接觸后通過介質(zhì)的流動將電池系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的熱量散至外界環(huán)境中，導(dǎo)熱介質(zhì)主要有空氣、液體與相變材料這三大類。測控單元則是通過測量電池系統(tǒng)以及電池模組甚至單體不同位置上的實(shí)時(shí)溫度來控制溫控設(shè)備進(jìn)行對應(yīng)的熱處理。常見的溫控設(shè)備有風(fēng)扇與泵機(jī)等。

根據(jù)參考資料總結(jié)幾款電動汽車產(chǎn)品電池組熱管理系統(tǒng)如下表所示?？梢钥吹綗峁芾淼淖饔弥饕w現(xiàn)在防止過熱和過冷保溫兩個(gè)方面。

熱管理的作用

車輛在不同的行駛狀況下，電池系統(tǒng)由于其自身有一定的內(nèi)阻, 在輸出功率、電能的同時(shí)產(chǎn)生一定的熱量，使電池溫度升高，當(dāng)電池溫度超出其正常工作溫度區(qū)間時(shí)會影響電池的壽命。目前國內(nèi)的熱管理研究較多在防止過熱上，更準(zhǔn)確地說是集中在電池系統(tǒng)和模組級別上，在電芯層面上的隔熱并沒有過多關(guān)注。

據(jù)筆者了解的情況，國內(nèi)很多企業(yè)在電芯層面上，無論是軟包還是方形都沒有進(jìn)行相應(yīng)的隔熱處理。比如軟包電芯，基本是直接堆疊后靠金屬外殼固定一起，且不論電芯之間熱量的積累，光軟包充放電時(shí)的臌脹效應(yīng)就有可能導(dǎo)致電芯出現(xiàn)破損可能。方形之間靠結(jié)構(gòu)膠直接粘接，并且還在沒有采用任何冷卻處理的環(huán)境下，完全靠自然冷卻不能保證熱量及時(shí)擴(kuò)散。

這里有必要提及在國外以及國內(nèi)若干采用軟包的企業(yè)得到大規(guī)模應(yīng)用的泡棉材料，一方面能夠吸收電池鼓脹應(yīng)力起到緩沖作用，另一方面能夠起到隔熱作用，在電芯出現(xiàn)熱失控的情況下抑制熱擴(kuò)散，延緩事故發(fā)生。在方形電芯之間的隔熱處理，已經(jīng)有企業(yè)在采用氣凝膠，安全性相當(dāng)高，但存在一個(gè)很實(shí)現(xiàn)的成本問題。

當(dāng)溫度降低到零度以下時(shí)，電池系統(tǒng)的充放電功能會由于電池性能的降低變得十分困難, 無論是放電的倍率還是放電的容量都會大幅度地降低。因此在寒冷地區(qū)，研究電動汽車如何才能更高效地使用變得十分迫切。針對上述情況，一般從兩個(gè)方面出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別是電芯加熱和箱體保溫方案。

加熱方案

最簡單的加熱方案一般是在電池模組上下附著加熱板進(jìn)行加熱或者采用加熱膜包裹在電芯四周進(jìn)行加熱。由于PTC加熱片通常采用鋁制，存在與電池貼合不夠緊密情況導(dǎo)致熱量損失。而加熱膜能夠貼合更加緊密，傳熱效率更高使得加熱效果相對更好。

相對于常用的PTC加熱片和金屬絲加熱膜，石墨烯加熱膜也開始進(jìn)入人們的視野，這三種材料的比較如下表所示。一般根據(jù)電池系統(tǒng)在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)、工藝以及成本進(jìn)行加熱方案的選擇。

箱體隔熱

箱體隔熱的意義在于：一、保持系統(tǒng)內(nèi)部溫度，有利于低溫充放電，延長使用壽命；二、保持系統(tǒng)內(nèi)部溫度，降低高溫路面熱輻射對系統(tǒng)內(nèi)部溫度的影響；三、外部出現(xiàn)火燒或者高溫時(shí)時(shí)，保持電池包內(nèi)正常溫度，延緩電池?zé)崾Э?，提高安全性。從目前電池系統(tǒng)的發(fā)展趨勢來看，采用會液冷系統(tǒng)越來多，因此箱體隔熱設(shè)計(jì)越發(fā)重要。

根據(jù)現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，導(dǎo)熱系數(shù)大不于0.12W/(m?K)的材料可以認(rèn)為是保溫材料，小于0.05 W/(m?K)的材料則可以稱作高效保溫材料。常用的保溫材料有絨毛毯、聚氨酯泡棉、二氧化硅氣凝膠等，導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.05、0.03、0.02 W/(m?K)左右。氣凝膠的隔熱效果可以說是相對于其他材料是最好的，但是成本比較高，并不適合大規(guī)模應(yīng)用。另外采用泡棉以及氣凝膠在對箱體進(jìn)行保溫時(shí)會不可避免進(jìn)行拼接，并不能一次成型貼合于是產(chǎn)生縫隙導(dǎo)致隔熱效果差。新能源汽車發(fā)展會帶來新技術(shù)的出現(xiàn)，比如能夠直接在箱體上發(fā)泡成型，與箱體結(jié)構(gòu)完整貼合實(shí)現(xiàn)最佳的隔熱效果。

UIR0316材料技術(shù)

結(jié)語

隨著新能源汽車開始大規(guī)模的使用，電池系統(tǒng)的性能會接受更多的考驗(yàn)，比如南北溫差導(dǎo)致電池能耗的不同。從目前情況來看，解決上述問題需要結(jié)合新材料進(jìn)行電池設(shè)計(jì)系統(tǒng)優(yōu)化。比如利用先進(jìn)的散熱、隔熱保溫材料等，針對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置以及控制策略的優(yōu)化都是可以采用的方式。高效智能的熱管理系統(tǒng)會是未來發(fā)展的目標(biāo)，對新能源汽車的安全性有重要意義。

返回第一電動網(wǎng)首頁 >