0104.解析电池热管理系统的构成与作用

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1、解析电池热管理系统的构成与作用新能源汽车的核心动力电池系统，一般主要由电池模组、电池管理系统、热管理 系统、电气及机械系统等构成。影响新能源汽车推广应用的重要原因一个是动力电池的安 全性，另外一个就是使用成本。因此随着新能源汽车大规模的推广，安全性需要得到进一步提高，所以热管理的重要 性凸现出来。热管理的作用简要来说就是让电池工作在一定的温度范围内维持最佳的使用 状态，用以保证电池系统的性能和寿命。热管理系统的构成电池组热管理系统主要由导热介质、测控单元以及温控设备构成。导热介质与电池组 相接触后通过介质的流动将电池系统内产生的热量散至外界环境中，导热介质主要有空 气、液体与相变材料这三大类。

2、测控单元则是通过测量电池系统以及电池模组甚至单体不 同位置上的实时温度来控制温控设备进行对应的热处理。常见的温控设备有风扇与泵机根据参考资料总结几款电动汽车产品电池组热管理系统如下表所示。可以看到热管理 的作用主要体现在防止过热和过冷保温两个方面。车辆型车辆类型熱管理方式GMVolt1 mm左右。当温度过低时，加 热线圈可期热冷如液并为电池升 温。EneilThinkCityBEV采用漩冷方法，冷古卩液为5cm乙醇混合物*ToyotaFrius, FHVPHEV采用强制凤冷方法，適风风扇有四种运行模式：关、低乍 速、中转速、高转速电池温控系统决定电池凤扇的运行模 式NissanLeafBEV采

3、用强制风拎方法热管理的作用车辆在不同的行驶状况下，电池系统由于其自身有一定的内阻, 在输出功率、电能的 同时产生一定的热量，使电池温度升高，当电池温度超出其正常工作温度区间时会影响电 池的寿命。目前国内的热管理研究较多在防止过热上，更准确地说是集中在电池系统和模 组级别上，在电芯层面上的隔热并没有过多关注。据笔者了解的情况，国内很多企业在电芯层面上，无论是软包还是方形都没有进行相 应的隔热处理。比如软包电芯，基本是直接堆叠后靠金属外壳固定一起，且不论电芯之间 热量的积累，光软包充放电时的臌胀效应就有可能导致电芯出现破损可能。方形之间靠结 构胶直接粘接，并且还在没有采用任何冷却处理的环境下，完全

4、靠自然冷却不能保证热量 及时扩散。这里有必要提及在国外以及国内若干采用软包的企业得到大规模应用的泡棉材料，一 方面能够吸收电池鼓胀应力起到缓冲作用，另一方面能够起到隔热作用，在电芯出现热失 控的情况下抑制热扩散，延缓事故发生。在方形电芯之间的隔热处理，已经有企业在采用 气凝胶，安全性相当高，但存在一个很实现的成本问题。I框架III电芯泡棉电芯冷却片当温度降低到零度以下时，电池系统的充放电功能会由于电池性能的降低变得十分困 难, 无论是放电的倍率还是放电的容量都会大幅度地降低。因此在寒冷地区，研究电动汽 车如何才能更高效地使用变得十分迫切。针对上述情况，一般从两个方面出发进行设计， 分别是电芯加

5、热和箱体保温方案。加热方案最简单的加热方案一般是在电池模组上下附着加热板进行加热或者采用加热膜包裹在 电芯四周进行加热。由于PTC加热片通常采用铝制，存在与电池贴合不够紧密情况导致热 量损失。而加热膜能够贴合更加紧密，传热效率更高使得加热效果相对更好。相对于常用的PTC加热片和金属丝加热膜，石墨烯加热膜也开始进入人们的视野，这 三种材料的比较如下表所示。一般根据电池系统在进行具体设计时的结构、工艺以及成本 进行加热方案的选择。加热方式石墨烯扣熱 膜P冗加热片金属丝扣熱 膜重量重轻II度-LCiJiua_0.Burni加热一致性高低1中加熬遠度快慢中稳定性好好般成本中高f氐箱体隔热箱体隔热的意义

6、在于：一、保持系统内部温度，有利于低温充放电，延长使用寿命； 二、保持系统内部温度，降低高温路面热辐射对系统内部温度的影响；三、外部出现火烧 或者高温时时，保持电池包内正常温度，延缓电池热失控，提高安全性。从目前电池系统 的发展趋势来看，采用会液冷系统越来多，因此箱体隔热设计越发重要。根据现有国家标准的规定，导热系数大不于0.12W/(m?K)的材料可以认为是保温材 料，小于0.05 W/(m?K)的材料则可以称作高效保温材料。常用的保温材料有绒毛毯、聚氨 酯泡棉、二氧化硅气凝胶等，导热系数分别为0.05、0.03、0.02 W/(m?K)左右。气凝胶的 隔热效果可以说是相对于其他材料是最好的

7、，但是成本比较高，并不适合大规模应用。另 外采用泡棉以及气凝胶在对箱体进行保温时会不可避免进行拼接，并不能一次成型贴合于 是产生缝隙导致隔热效果差。新能源汽车发展会带来新技术的出现，比如能够直接在箱体 上发泡成型，与箱体结构完整贴合实现最佳的隔热效果。UIR0316 材料技术结语随着新能源汽车开始大规模的使用，电池系统的性能会接受更多的考验，比如南北温 差导致电池能耗的不同。从目前情况来看，解决上述问题需要结合新材料进行电池设计系 统优化。比如利用先进的散热、隔热保温材料等，针对系统结构布置以及控制策略的优化 都是可以采用的方式。高效智能的热管理系统会是未来发展的目标，对新能源汽车的安全 性有重要意义。