電池 發(fā)熱的案例
如何得到動(dòng)力電池仿真中電池發(fā)熱功率
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在動(dòng)力電池的仿真過程，電芯不同工況的發(fā)熱量是仿真的必不可少的邊界條件。那么如何確定電芯在不同工況下的發(fā)熱量，目前行業(yè)內(nèi)主要通過如下3中方法：
A、ARC測(cè)試，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，具備測(cè)試條件。但測(cè)試準(zhǔn)確度對(duì)比熱容測(cè)試的結(jié)果準(zhǔn)確度依賴性很大，，且標(biāo)準(zhǔn)塊的測(cè)試誤差達(dá)到5%。因絕熱環(huán)境電池溫升較大，測(cè)試數(shù)據(jù)會(huì)偏低。
B、Bernardi理論計(jì)算數(shù)據(jù)相對(duì)較準(zhǔn)確，已比較成熟，但需要實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)較多，包括工況數(shù)據(jù)，OCV數(shù)據(jù)，DE/DT數(shù)據(jù)，測(cè)試周期較長(zhǎng)。
C、RC模型計(jì)算，但若可以建立準(zhǔn)確的RC模型，就可以實(shí)現(xiàn)各種工況的產(chǎn)熱模擬。
如下是采用第一中方式測(cè)試50Ah三元電芯的發(fā)熱量，測(cè)試如下：
1 電池單體發(fā)熱量測(cè)試方法及要求
l 預(yù)處理循環(huán)
正式測(cè)試開始前，動(dòng)力電池單體需要先進(jìn)行預(yù)處理循環(huán)。預(yù)處理循環(huán)在25℃環(huán)境艙進(jìn)行，其步驟如下：
①以1C或按照制造商推薦的充電機(jī)制充電至制造商規(guī)定的充電截止條件；
②靜置30min；
③使用1C或按照制造商推薦的放電機(jī)制放電至制造商規(guī)定的放電截至條件；
④靜置30min；
⑤重復(fù)步驟①至步驟④5次。
如果測(cè)試過程中連續(xù)兩次的放電容量變化不高于額定5%，則認(rèn)為測(cè)試樣品完成了預(yù)處理，否則需要更換測(cè)試樣品。
展開 電池熱管理仿真（三）：三維仿真邊界條件和算法
圖4：某電池包1C快充自然對(duì)流換熱量占比（＜5%）
二. 算法
（1）：穩(wěn)態(tài)
在傳熱學(xué)上穩(wěn)態(tài)是指?jìng)鳠嵯到y(tǒng)中各點(diǎn)的溫度僅隨位置而變化，不隨時(shí)間而改變。但是電池的發(fā)熱特性決定了其很難達(dá)到傳熱學(xué)上的絕對(duì)穩(wěn)態(tài)，而一些特定的工況，比如極小倍率放電（1/3C以下）或者定倍率脈沖充放電可以使電池溫度達(dá)到相對(duì)的穩(wěn)態(tài)（溫度變化在±0.5℃以下）。這樣算法下，可以將電池發(fā)熱量設(shè)成定值，而介質(zhì)的物理屬性可以設(shè)置成多項(xiàng)式。 一般穩(wěn)態(tài)工況用于標(biāo)定電池包的熱容熱阻。
圖5：50%乙二醇水溶液物理屬性
（2：）瞬態(tài)
與穩(wěn)態(tài)相對(duì)的就是非穩(wěn)態(tài)（瞬態(tài)），傳熱學(xué)上的非穩(wěn)態(tài)是指物體溫度隨時(shí)間變化的傳熱過程，電池的加熱冷卻工況就是非周期非穩(wěn)態(tài)的傳熱過程。若三維瞬態(tài)工況計(jì)算中再考慮溫度對(duì)流體粘度，密度，比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)，這需要將時(shí)間子步長(zhǎng)拉的很長(zhǎng)，會(huì)帶來非常大的計(jì)算量，是一種不太可取的計(jì)算方法。所以比較普遍的是采用“離散”算法，先將流場(chǎng)算穩(wěn)定，然后關(guān)閉流場(chǎng)的動(dòng)能方程與湍流方程，只加載能量方程，并施加電池發(fā)熱量進(jìn)行瞬態(tài)工況計(jì)算。
采用這樣的算法是根據(jù)三維熱仿真與電池發(fā)熱工況的特征來制定的，忽略了溫度對(duì)換熱介質(zhì)屬性的影響，是一種可取的近似算法。
圖6：Star-ccm+穩(wěn)態(tài)變瞬態(tài)的設(shè)置
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這一步是要得到某個(gè)工況下電池包熱系統(tǒng)的響應(yīng)。
在上一步模型基礎(chǔ)上給定階躍輸入（設(shè)定電池一個(gè)固定發(fā)熱量）進(jìn)行瞬態(tài)熱分析，記錄輸出量的階躍響應(yīng)（就是在Fluent的monitor中保存相應(yīng)的.out文件），當(dāng)輸出量不再隨時(shí)間明顯變化時(shí)結(jié)束瞬態(tài)分析。
1.3 使用Simplorer生成LTI ROM
ANSYS在系統(tǒng)仿真軟件Simplorer中開發(fā)了專門用于生成LTI ROM的工具（如圖2），使用該工具可以根據(jù)上一步的階躍響應(yīng)文件（.out文件）自動(dòng)生成LTI ROM，生成的ROM（圖3）與原系統(tǒng)具有同樣的系統(tǒng)響應(yīng)特性，這樣ROM就可以得出與原系統(tǒng)等效的分析結(jié)果。
在此例中，ROM的輸入端是電池模塊中16個(gè)電池的發(fā)熱量，輸出端是16個(gè)電池的平均溫度。實(shí)際案例中，輸入端和輸出端的數(shù)量都是可以根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)定的。
圖2 LTI ROM萃取工具
圖3 在Simplorer中生成的LTI ROM
1.4 在Simplorer中完成仿真
生成LIT ROM之后，就可以在ROM中（圖3的左邊端口）給定任意工況下電池的發(fā)熱特性（圖4），得到各個(gè)電池的平均溫度隨時(shí)間變化的結(jié)果。
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這一步是要得到某個(gè)工況下電池包熱系統(tǒng)的響應(yīng)。
在上一步模型基礎(chǔ)上給定階躍輸入（設(shè)定電池一個(gè)固定發(fā)熱量）進(jìn)行瞬態(tài)熱分析，記錄輸出量的階躍響應(yīng)（就是在Fluent的monitor中保存相應(yīng)的.out文件），當(dāng)輸出量不再隨時(shí)間明顯變化時(shí)結(jié)束瞬態(tài)分析。
1.3 使用Simplorer生成LTI ROM
ANSYS在系統(tǒng)仿真軟件Simplorer中開發(fā)了專門用于生成LTI ROM的工具（如圖2），使用該工具可以根據(jù)上一步的階躍響應(yīng)文件（.out文件）自動(dòng)生成LTI ROM，生成的ROM（圖3）與原系統(tǒng)具有同樣的系統(tǒng)響應(yīng)特性，這樣ROM就可以得出與原系統(tǒng)等效的分析結(jié)果。
在此例中，ROM的輸入端是電池模塊中16個(gè)電池的發(fā)熱量，輸出端是16個(gè)電池的平均溫度。實(shí)際案例中，輸入端和輸出端的數(shù)量都是可以根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)定的。
圖2 LTI ROM萃取工具
圖3 在Simplorer中生成的LTI ROM
1.4 在Simplorer中完成仿真
生成LIT ROM之后，就可以在ROM中（圖3的左邊端口）給定任意工況下電池的發(fā)熱特性（圖4），得到各個(gè)電池的平均溫度隨時(shí)間變化的結(jié)果。
展開 
未來電動(dòng)車電池的平均壽命只有5年?誰(shuí)是罪魁禍?zhǔn)?/span>
Farid指出，由于近年來提升電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程數(shù)的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，業(yè)內(nèi)逐步轉(zhuǎn)向富鎳化學(xué)電池轉(zhuǎn)型。然而，不幸的是，提升能量密度（續(xù)航里程）卻是以犧牲使用壽命為代價(jià)的。
其次，電動(dòng)車快充技術(shù)也將縮短電池的使用壽命。如今，許多地方安裝了50 kW、150 kW乃至350 kW的直流快速充電站，充電時(shí)間可縮短至20分鐘，但充電過程中的熱量會(huì)導(dǎo)致電池陽(yáng)極與陰極發(fā)生分解反應(yīng)（decomposition）。當(dāng)充電速度提升三倍時(shí)，電池的降解速度也將隨之提升。
最后，風(fēng)冷設(shè)備的使用將導(dǎo)致電池降解速率加快。如今，許多車企采用被動(dòng)式風(fēng)冷系統(tǒng)取代液冷系統(tǒng)，但該類系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)熱，風(fēng)冷導(dǎo)致的降解速度是動(dòng)態(tài)液冷電池的兩倍。
如今，業(yè)內(nèi)也認(rèn)識(shí)到快充技術(shù)相關(guān)的電池發(fā)熱及降解問題，其力圖采用熱管理方案來緩解快充技術(shù)所帶在的電池發(fā)熱問題。奧迪就為其新款e-tron車型配備了蓄電池熱管理方案，以便支持150-kW快充技術(shù)，而保時(shí)捷則計(jì)劃為Taycan推出350-kW快充技術(shù)。
Farid認(rèn)為，大多數(shù)消費(fèi)者期望在8年后才更換其車載電池。顯然，換電池比換車劃算得多。未來，許多電動(dòng)車車主或許要每隔4-5年換一次電池，但如果購(gòu)買的是日產(chǎn)、寶馬或雷諾的電動(dòng)車，其電池更換成本在8000美元左右。
若車主不愿更換電池，將在五年內(nèi)損失車輛轉(zhuǎn)售價(jià)值的70%。屆時(shí)，電池是電動(dòng)車唯一一個(gè)故障部件，若只更換電池，可以節(jié)省很多錢。（本文圖片選自designnews.com）
展開 解讀小鵬汽車：電池預(yù)加熱技術(shù)
電池溫度影響行駛里程
實(shí)際上，低溫也同樣帶來電池的放電能力降低。較低的電池溫度，完全抑制了電池的放電能力，影響的不僅僅是續(xù)航里程，甚至車輛的動(dòng)力性，能量回收等。
我們以常見的鋰離子電池為例：
鋰離子電池工作原理本質(zhì)上是內(nèi)部正負(fù)極與電解液之間的氧化還原反應(yīng)，在低溫下電極表面活性物質(zhì)嵌鋰反應(yīng)速率減慢、活性物質(zhì)內(nèi)部鋰離子濃度降低，這將引起電池平衡電勢(shì)降低、內(nèi)阻增大、放電容量減少，極端低溫情況甚至?xí)霈F(xiàn)電解液凍結(jié)、電池無法放電等現(xiàn)象，極大的影響電池系統(tǒng)低溫性能，造成電動(dòng)汽車動(dòng)力輸出性能衰減和續(xù)駛里程減少。
此外，在低溫環(huán)境下充電容易在負(fù)極表面形成鋰沉積，金屬鋰在負(fù)極表面積累會(huì)刺穿電池隔膜造成電池正負(fù)極短路，威脅電池使用安全，電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)低溫充電安全問題極大的制約了電動(dòng)汽車在寒冷地區(qū)的推廣。
鋰電池內(nèi)部反應(yīng)過程示意圖
有沒有一種技術(shù)可以緩解上面的問題？
通過以上信息可以看到，新能源汽車在沒有電池熱管理或者熱管理做的不好的情況下，對(duì)電動(dòng)車的性能影響有多大。當(dāng)然，隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的電動(dòng)汽車，基本上都有電池熱管理系統(tǒng)。而電池的熱管理系統(tǒng)的最終目的，簡(jiǎn)單的說，就是為了讓電池的溫度盡量處于最適宜它的工作溫度。
電池熱管理的必要性取決于車輛選用的不同的電池類似，以及不通電池的發(fā)熱率、能量效率和性能對(duì)溫度的敏感性。熱管理包括升溫和降溫，同樣重要。電池預(yù)加熱技術(shù)，是電池熱管理中的重要組成部分，是為了讓電池在溫度較低時(shí)，可以快速將電池溫度上升到最佳工作溫度的技術(shù)。
通常來說，包括這樣幾種主流的電池加熱方式：
電池自然發(fā)熱加熱
利用電池自身工作，放電或充電時(shí)，產(chǎn)生的熱量，來提高電池的溫度。這種方式加熱，效果慢，有時(shí)候往往車都用完了，電池溫度還沒上來。
展開 電動(dòng)汽車電池熱管理風(fēng)冷與液冷
鋰離子電池包熱管理的要求是根據(jù)鋰離子電池發(fā)熱機(jī)理,合理設(shè)計(jì)電池包結(jié)構(gòu),選擇合適的熱管理方式,合理設(shè)計(jì)熱管理策略,保證電池包內(nèi)各個(gè)單體電池工作在合理溫度范圍內(nèi)的同時(shí)盡量維持包內(nèi)各個(gè)電池及電池模塊間的溫度均勻性。
動(dòng)力蓄電池熱管理系統(tǒng)(BTMS,Battery Thermal Management System)對(duì)純電動(dòng)汽車在各種環(huán)境下的動(dòng)力性有至關(guān)重要的影響。通過研究分析鋰離子電池產(chǎn)熱原理,BTMS傳熱冷卻方式,及風(fēng)冷散熱和液冷散熱方案的比較,說明液冷散熱效果好于風(fēng)冷,液冷散熱將是未來適合復(fù)雜工況的大功率鋰離子動(dòng)力電池熱管理的重要研究方向。
動(dòng)力蓄電池作為純電動(dòng)汽車的動(dòng)力來源,是提高整車性能和降低成本的關(guān)鍵一環(huán),其溫度特性直接影響電動(dòng)車的性能、壽命和耐久性。鋰離子電池因比能大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率低、允許工作溫度范圍寬、低溫效應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)是電動(dòng)車目前首選的動(dòng)力電池。鋰離子電池包熱管理的要求是根據(jù)鋰離子電池發(fā)熱機(jī)理,合理設(shè)計(jì)電池包結(jié)構(gòu),選擇合適的熱管理方式,合理設(shè)計(jì)熱管理策略,保證電池包內(nèi)各個(gè)單體電池工作在合理溫度范圍內(nèi)的同時(shí)盡量維持包內(nèi)各個(gè)電池及電池模塊間的溫度均勻性。由于電池組中單體電池是互相串聯(lián)的,任何一只電池性能下降都會(huì)影響電池組的整體表現(xiàn)。溫差為5℃、10℃、15℃時(shí),相同充電條件下電池組的荷電態(tài)分別下降10%、15%、20%。
鋰離子電池熱特性
電池在充放電過程中都會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng),從而產(chǎn)生熱反應(yīng)。鋰離子動(dòng)力電池的主要產(chǎn)熱反應(yīng)包括:電解液分解、正極分解、負(fù)極與電解液的反應(yīng)、負(fù)極與粘合劑的反應(yīng)和固體電解質(zhì)界面膜的分解。此外,由于電池內(nèi)阻的存在,電流通過時(shí),會(huì)產(chǎn)生部分熱量。低溫時(shí)鋰離子電池主要以電阻產(chǎn)生的焦耳熱為主,這些放熱反應(yīng)是導(dǎo)致電池不安全的因素。電解液的熱安全性也直接影響著整個(gè)鋰電池的電池動(dòng)力體系的安全性能。
展開 新能源電池包散熱系統(tǒng)CAE仿真實(shí)例
新能源電池包散熱系統(tǒng)CAE仿真實(shí)例
前言：
隨著新能源汽車市場(chǎng)推廣程度的逐漸深入，應(yīng)用范圍不斷加大，對(duì)電池包散熱系統(tǒng)方案要求也越來越高。通過對(duì)電池散熱過程的熱仿真分析，可以預(yù)測(cè)電池溫度在放電過程中的變化趨勢(shì)，檢驗(yàn)電池包的散熱性能，為電池箱的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
目前，市場(chǎng)上主流的熱仿真分析軟件為Flotherm，今天小編將通過一個(gè)電池包熱仿真實(shí)例，帶您快速了解電池散熱系統(tǒng)仿真分析。
分析中采用的前提和假設(shè)：
導(dǎo)熱率設(shè)置：
注：材料的導(dǎo)熱率設(shè)定，如果是單一材料部件，如外殼等，根據(jù)部件所使用的實(shí)際材料的導(dǎo)熱率給定；如果是復(fù)合材料部件或多種材料組合的部件，而在3D模型中是通過簡(jiǎn)化模型繪制的，則材料導(dǎo)熱率，按照集總參數(shù)法，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和理論折算給定當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)，如電芯等。
功耗設(shè)置及風(fēng)機(jī)選用：
單節(jié)電池的發(fā)熱量按照電流1A和內(nèi)阻50mΩ確定為0.288w，電池為18650，容量2.4Ah；
風(fēng)機(jī)統(tǒng)一為最大風(fēng)量15.87m3/h，最大全壓31.33Pa的軸流風(fēng)機(jī)，可以根據(jù)具體需求隨時(shí)改換。
分析方案：
仿真工作環(huán)境：30℃環(huán)境溫度下放電1小時(shí)
分析模型：
放電一小時(shí)溫度截面云圖（Z方向）：
放電1小時(shí)速度截面云圖（Z方向）：
放電1小時(shí)速度截面云圖（Y方向）：
電池放電一小時(shí)溫度分布圖1：
電池放電一小時(shí)溫度分布圖2：
仿真結(jié)論：
在此散熱方案下，大部分電池的溫度都處在40-45℃的區(qū)間之內(nèi)，少數(shù)散熱條件較好的電池區(qū)域溫度低于40℃。在最高溫度可以接受的條件下，可以通過調(diào)整風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和擺放來改善溫度的不均衡度。
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展開 手機(jī)電池爆炸，電動(dòng)汽車會(huì)不會(huì)也......
功耗設(shè)置及風(fēng)機(jī)選用：
單節(jié)電池的發(fā)熱量按照電流1A和內(nèi)阻50mΩ確定為0.288w，電池為18650，容量2.4Ah；
風(fēng)機(jī)統(tǒng)一為最大風(fēng)量15.87m3/h，最大全壓31.33Pa的軸流風(fēng)機(jī)，可以根據(jù)具體需求隨時(shí)改換。
分析方案：
仿真工作環(huán)境：30℃環(huán)境溫度下放電1小時(shí)
分析模型：
放電一小時(shí)溫度截面云圖（Z方向）
放電1小時(shí)速度截面云圖（Z方向）
放電1小時(shí)速度截面云圖（Y方向）
電池放電一小時(shí)溫度分布圖
電池放電一小時(shí)溫度分布圖
仿真結(jié)論
在此散熱方案下，大部分電池的溫度都處在40-45℃的區(qū)間之內(nèi)，少數(shù)散熱條件較好的電池區(qū)域溫度低于40℃。在最高溫度可以接受的條件下，可以通過調(diào)整風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和擺放來改善溫度的不均衡度。
來源：有限元科技公眾號(hào)，版權(quán)歸作者所有
展開 我國(guó)新能源汽車：“發(fā)展速度”以犧牲 “發(fā)展質(zhì)量”為代價(jià)？
分析中采用的前提和假設(shè)：
仿真分析中涉及的傳熱方式
同時(shí)考慮了各個(gè)零部件/元器件自身的傳導(dǎo)、與空氣之間的對(duì)流換熱，考慮主要部件的輻射換熱
分析模式
瞬態(tài)分析：在給定元件發(fā)熱功率的情況下，分析在此時(shí)間段內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)部的溫度分布情況
分析級(jí)別
獨(dú)立的系統(tǒng)，假設(shè)產(chǎn)品放置在自然環(huán)境中
仿真分析中的空間尺寸
電池包外圍尺寸
工作環(huán)境（溫度/海拔）
25C環(huán)境溫度
總的功耗
單個(gè)電芯1C放電，20AH，2毫歐
放置方式
Z軸方向
其他處理
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，模型中不影響散熱性能的一些特征和元件忽略掉
采用的軟件
Flotherm 10.1
功耗及風(fēng)機(jī)設(shè)置：
單個(gè)電池的發(fā)熱量按照放電電流1C和內(nèi)阻2毫歐姆確定，電池為20AH。
風(fēng)機(jī)風(fēng)量15.4CFM，風(fēng)壓0.78inch*H20
分析方案：
工況 25C環(huán)境下1C放電一小時(shí)
分析模型：
放電一小時(shí)溫度截面云圖（Y方向）：
放電一小時(shí)溫度截面云圖（Y方向）：
單一模組(僅選取一部分)充電一小時(shí)溫度分布圖：
仿真分析結(jié)果：
1、在環(huán)境溫度25度的情況下，電池組放電一小時(shí)最大溫度為30.7度，沒有超過電池工作的溫度范圍系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。
2、外殼向外散熱方面，對(duì)流散熱功率11.85W，輻射散熱功率為26.67W，若今后出現(xiàn)熱量不能很好的散到環(huán)境中的情況，則可以嘗試在外殼上增加翅片來增加對(duì)流散熱功率。
通過對(duì)動(dòng)力電池的散熱案例，我們可以看出合理運(yùn)用CAE仿真技術(shù)，能有效幫助企業(yè)解決產(chǎn)品安全性和可靠性的問題，提升產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)。隨著國(guó)內(nèi)車企對(duì)CAE仿真技術(shù)重視度的提高，關(guān)于新能源汽車質(zhì)量方面的疑慮也必將云散。
展開 CAE在動(dòng)力電池散熱系統(tǒng)分析中的應(yīng)用
1.分析中采用的前提和假設(shè)
仿真分析中涉及的傳熱方式
同時(shí)考慮了各個(gè)零部件/元器件自身的傳導(dǎo)、與空氣之間的對(duì)流換熱，考慮主要部件的輻射換熱
分析模式
瞬態(tài)分析：在給定元件發(fā)熱功率的情況下，分析在此時(shí)間段內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)部的溫度分布情況
分析級(jí)別
獨(dú)立的系統(tǒng)，假設(shè)產(chǎn)品放置在自然環(huán)境中
仿真分析中的空間尺寸
電池包外圍尺寸
工作環(huán)境（溫度/海拔）
25℃環(huán)境溫度
總的功耗
單個(gè)電芯1C放電，20AH，2毫歐
放置方式
Z軸方向
其他處理
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，模型中不影響散熱性能的一些特征和元件忽略掉
采用的軟件
Flotherm 10.1
2.功耗及風(fēng)機(jī)設(shè)置
? 單個(gè)電池的發(fā)熱量按照放電電流1C和內(nèi)阻2毫歐姆確定，電池為20AH。
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【新聞】智能熱流體仿真軟件AICFD 2022R1-SP1版本發(fā)布
鋰電池模組風(fēng)冷散熱案例
網(wǎng)格模型：四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，200W單元。
計(jì)算條件
入口速度
1、2、5、10、15、20m/s
出口靜壓
1atm
電池模組發(fā)熱功率
82.5W
湍流模型
standard k-epsilon
計(jì)算結(jié)果
關(guān)鍵截面溫度云圖
流場(chǎng)溫度流線圖
圖3 計(jì)算域內(nèi)最高溫度與國(guó)外某商業(yè)CFD軟件對(duì)比
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展開 基于Z型微熱管陣列的頂部液冷熱管理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究
近年來，鋰離子電池發(fā)展迅速，被廣泛用作電動(dòng)汽車的電源。與其他類型電池相比，鋰離子電池具有無污染、能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但其性能受溫度影響嚴(yán)重。溫度每升高1℃，鋰離子電池的循環(huán)壽命就會(huì)縮短2個(gè)月。大量研究表明，LIB的最佳工作溫度為25-40℃。此外，鋰離子電池的性能還受到溫度均勻性的影響，單個(gè)電池的最大溫差不能超過5℃。而且，當(dāng)多個(gè)鋰離子電池串聯(lián)或并聯(lián)組成電池模塊時(shí)，模塊的最大溫差不應(yīng)超過5℃。因此，有效的TMS對(duì)于電動(dòng)汽車來說至關(guān)重要，確保電池的溫度和溫差在合理的范圍內(nèi)，以保證鋰離子電池的性能。
目前，風(fēng)冷式TMS和液冷式TMS在電動(dòng)汽車中得到廣泛應(yīng)用。風(fēng)冷式TMS根據(jù)是否有風(fēng)扇分為強(qiáng)制風(fēng)冷式TMS和自然對(duì)流風(fēng)冷式TMS，風(fēng)冷式TMS因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、重量輕而得到廣泛應(yīng)用。然而，近年來隨著鋰離子電池核心技術(shù)的突破，鋰離子電池的容量和所需的充放電倍率不斷提高。因此，鋰離子電池的發(fā)熱率和熱失控風(fēng)險(xiǎn)也在增加。因此，由于空氣的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)較低，風(fēng)冷TMS已無法滿足當(dāng)前的熱管理要求。液冷TMS因其強(qiáng)大的冷卻能力，近年來發(fā)展迅速。但傳統(tǒng)的底部液冷熱管理系統(tǒng)（TMS）散熱性能較差，容易導(dǎo)致鋰離子電池（LIB）模塊出現(xiàn)明顯溫差。
02
成果掠影
近期，北京工業(yè)大學(xué)趙耀華老師團(tuán)隊(duì)以Z型微熱管陣列（MHPA）為核心傳熱元件，建立了基于Z型MHPA的頂部液冷（TLC）TMS。通過與傳統(tǒng)底部液冷TMS的比較，分析了基于Z形MHPA的TLC TMS的熱管理性能。結(jié)果表明，在環(huán)境溫度40℃、冷水入口溫度25℃的條件下，底部液冷TMS已無法滿足模塊2C充放電倍率下的熱管理要求。相比之下，基于Z型MHPA的TLC TMS可保證模組最高溫度低于55℃，3C充放電倍率下電池與模組液面溫差可控制在4℃以下。
展開 如何看待Lucid Air Dream的電池設(shè)計(jì)？
● 充電過程中的冷卻：4%
這部分能量用于在充電過程中冷卻電池。在充電過程中，水冷系統(tǒng)、12V DCDC、充電線纜、Busbar和電池都會(huì)發(fā)熱。
● 電池效率損耗：5%
大電流快速充電時(shí)，電池的實(shí)際轉(zhuǎn)化效率大概只有 95% 左右。輸入能量和可用能量之間大約 5% 的差異是電池組充電過程中損失的能量，在這里包括充電電流、電芯內(nèi)阻和整個(gè)導(dǎo)通路徑下的其他阻抗、初始電芯溫度、電池組其他等效電阻等 ，整個(gè)損耗能量約為 6.7kWh。
▲圖4.充電時(shí)間和需要的能量
在測(cè)試中，Taycan配備Performance Plus94.3kWh（總能量）電池組進(jìn)行了0%至100%直流快速充電測(cè)試，電池組的可用能量為83.7kWh，Electrify America在充電過程中收取了94千瓦時(shí)電費(fèi)，比標(biāo)稱的可用電量多10.3千瓦時(shí)。
▲圖5.Taycan的84kWh可用電量，充電需要94kWh
Part 2
電池到底多少能量？
Lucid 模塊和電池組的構(gòu)造方式，在之前的一次發(fā)布會(huì)里面做了交代，我這邊當(dāng)時(shí)沒有跟進(jìn)。
實(shí)際上，在這個(gè)設(shè)計(jì)中一共采用了22個(gè)模塊，2170型電池共 6,600個(gè)。如下圖所示，單個(gè)模組其實(shí)包含了300個(gè)21700電池，模組的配置規(guī)格是30P10S，下面能看出來10個(gè)Brick，采用一個(gè)塑料和Busbar的主題來包容電芯。我們算一下單個(gè)模組的低電壓約在36.5V，22個(gè)模組為803V。
▲圖6.21700模組的成組形式
模組之間采用插接的圓線來實(shí)施模組間的連接。
展開 部隊(duì)軍用車輛專用蓄電池充電設(shè)備:福光電子FOD-M汽車電池智能充電器
l 原來每天啟動(dòng)后怕蓄電池電量不夠下次不好啟動(dòng)，往往讓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)半小時(shí)到1小時(shí)補(bǔ)充電。如果用福光充電機(jī)每7-10天為蓄電池補(bǔ)充電一次（8小時(shí)左右）；每天啟動(dòng)后各種技術(shù)指標(biāo)正常，只要轉(zhuǎn)5-10分鐘即可停車，這樣每年每部車就可節(jié)省2-3噸柴油。
l 蓄電池在使用2、3個(gè)月后，就開始慢慢產(chǎn)生“極化”，也是大家常稱的“有電壓沒電量”。用福光充電機(jī)定期為蓄電池補(bǔ)充電的同時(shí)能消除這種“極化”，使蓄電池在設(shè)計(jì)壽命期限內(nèi)容量保持在95%左右，您的特種車戰(zhàn)備就有技術(shù)保證。
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四、部隊(duì)軍用車輛專用FOD-M蓄電池汽車電池智能充電器功能及特點(diǎn)
l 采用最新的脈沖充電技術(shù)，對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。充電過程電池不發(fā)熱,不出氣,充電效率高。延長(zhǎng)了電池的壽命,電池壽命達(dá)到理論設(shè)計(jì)的水平，對(duì)電池有益而無害
l 采用最新的脈沖除硫技術(shù)，在充電過程中可去除蓄電池極板上的硫化晶體，修復(fù)蓄電池的容量，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命
l 采用最新的脈沖養(yǎng)護(hù)技術(shù)，可對(duì)蓄電池進(jìn)行充電養(yǎng)護(hù)，防止極板硫化。
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