電動汽車電池熱管理的案例
淺淡電動汽車電池系統熱管理技術
電動汽車專用PTC 動力電池硅膠加熱膜 PTC由于使用安全、熱轉換效率高、升溫迅速、無明火、自動恒溫等特點而被廣泛使用。其成本較低，對于目前價格較高的動力電池來說，是一個有利的因素。但是PTC的加熱件體積較大，會占據電池系統內部較大的空間。絕緣撓性電加熱膜是另一種加熱器，它可以根據工件的任意形狀彎曲，確保與工件緊密接觸，保證最大的熱能傳遞。硅膠加熱膜是具有柔軟性的薄形面發熱體，但其需與被加熱物體完全密切接觸，其安全性要比PTC差些。 中國科學院工程熱物理研究所胡學功研究員領導的科研團隊利用微槽群復合相變技術成功研制了超過120 Wh/kg高能量密度的電動汽車電池包熱管理系統(BTMS)樣機，微槽群復合相變技術是利用微細尺度槽群結構復合相變強化傳熱機理實現高強度傳熱，是目前國際上一種先進的被動式微細尺度相變強化傳熱技術。該成果解決了電動汽車行業存在的高能量密度電池成組單體之間難以保持均溫性的技術難題，其技術指標優于特斯拉（電池單體間的溫差≤±2℃），且成本優勢巨大，處于電動汽車行業內領先水平。電動汽車電池包微槽群熱管理系統 電動汽車電池系統熱管理技術發展方向
從國家對電動汽車扶持方向來看，電動汽車電池包熱管理系統必然朝著輕量化，高比能和高均溫性方面發展。科技部“十三五”規劃中也提出開展基于整車一體化的電池系統的機-電-熱設計，開發先進可靠的電池管理系統和緊湊、高效的熱管理系統，到2020年，應使單體電池之間的最大溫差≤2℃，電池系統的比能量≥210Wh/kg。
另一方面，十三五末，我國電動汽車保有量將達500萬輛，隨之產生大量廢舊動力電池，這為動力電池的拆解回收帶來大量工作。因此，在設計電動汽車電池包熱管理系統時，就應當考慮到電池包易拆解，無附加污染，實現電池包熱管理系統的綠色設計。
展開 新能源汽車動力電池熱管理技術剖析
該成果解決了電動汽車行業存在的高能量密度電池成組單體之間難以保持均溫性的技術難題，其技術指標優于特斯拉（電池單體間的溫差≤±2℃），且成本優勢巨大，處于電動汽車行業內領先水平。
電動汽車電池包微槽群熱管理系統
電動汽車電池系統熱管理技術發展方向
從國家對電動汽車扶持方向來看，電動汽車電池包熱管理系統必然朝著輕量化，高比能和高均溫性方面發展。科技部“十三五”規劃中也提出開展基于整車一體化的電池系統的機-電-熱設計，開發先進可靠的電池管理系統和緊湊、高效的熱管理系統，到2020年，應使單體電池之間的最大溫差≤2℃，電池系統的比能量≥210Wh/kg。
另一方面，十三五末，我國電動汽車保有量將達500萬輛，隨之產生大量廢舊動力電池，這為動力電池的拆解回收帶來大量工作。因此，在設計電動汽車電池包熱管理系統時，就應當考慮到電池包易拆解，無附加污染，實現電池包熱管理系統的綠色設計。
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展開 電動汽車動力電池熱管理技術
電動汽車動力電池熱管理技術
熱仿真分享 | 動力電池PACK熱管理系統性能研究-STARCCM+
摘要：為延長電池使用壽命，提高電池安全性，需要對電池進行熱管理。電動汽車動力電池熱管理系統在理論分析、仿真建模、實驗驗證基礎上開展設計工作，綜合考慮了電池產熱原理、產熱模型、發熱功率后，確定了基于液體的熱管理模式。使用CFD軟件對所設計系統進行仿真和分析，并對工程樣機熱管理有效性進行了實驗驗證。
當前，整個電動汽車行業蓬勃發展。電池是電動汽車核心部件，電池的熱特性對整車性能、安全性、壽命及使用成本產生關鍵影響。
配置電池熱管理系統是改善電池組熱特性關鍵措施之一，系統熱管理功能包括：(1)在電池溫度較高時進行有效散熱，防止產生熱失控事故；(2)在電池溫度較低時進行預熱，提升電池溫度，確保低溫下的充放電性能和安全性；(3)減小電池組內的溫度差異，抑制局部熱區的形成，防止高溫電池過快衰減而降低電池組整體壽命[1]。
電池熱管理按照能量提供的來源分為被動式冷卻和主動式冷卻，其中只利用周圍環境冷卻的方式為被動式冷卻。隨著國家對電池能量密度、安全性、使用壽命以及快充要求的不斷提高，被動式的自然冷卻技術已經不能滿足電池散熱要求。當前主要的主動式熱管理形式有空氣強制對流熱管理、液體熱管理、熱管熱管理和相變材料熱管理等，而液體熱管理受到越來越多廠商的青睞[2-4]，特別是國外車企對于液體熱管理技術研究起步早，已經取得了一定成果，國內還處于研究探索階段。公眾號-新能源電池熱管理。
TeslaMotors公司的Roadster純電動汽車采用了液冷式電池熱管理系統。冷卻管道曲折布置在電池間，冷卻液在管道內部流動，傳輸電池產生的熱量。報告顯示在行駛約16萬公里后，Roadster電池組的容量仍能維持在初始容量的80%～85%，而且容量衰減只與行駛里程數明顯相關，而與環境溫度、車齡關系不明顯[1,5]。
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熱仿真分享 | 動力電池PACK熱管理系統性能研究-STARCCM+
摘要：為延長電池使用壽命，提高電池安全性，需要對電池進行熱管理。電動汽車動力電池熱管理系統在理論分析、仿真建模、實驗驗證基礎上開展設計工作，綜合考慮了電池產熱原理、產熱模型、發熱功率后，確定了基于液體的熱管理模式。使用CFD軟件對所設計系統進行仿真和分析，并對工程樣機熱管理有效性進行了實驗驗證。
當前，整個電動汽車行業蓬勃發展。電池是電動汽車核心部件，電池的熱特性對整車性能、安全性、壽命及使用成本產生關鍵影響。
配置電池熱管理系統是改善電池組熱特性關鍵措施之一，系統熱管理功能包括：(1)在電池溫度較高時進行有效散熱，防止產生熱失控事故；(2)在電池溫度較低時進行預熱，提升電池溫度，確保低溫下的充放電性能和安全性；(3)減小電池組內的溫度差異，抑制局部熱區的形成，防止高溫電池過快衰減而降低電池組整體壽命[1]。
電池熱管理按照能量提供的來源分為被動式冷卻和主動式冷卻，其中只利用周圍環境冷卻的方式為被動式冷卻。隨著國家對電池能量密度、安全性、使用壽命以及快充要求的不斷提高，被動式的自然冷卻技術已經不能滿足電池散熱要求。當前主要的主動式熱管理形式有空氣強制對流熱管理、液體熱管理、熱管熱管理和相變材料熱管理等，而液體熱管理受到越來越多廠商的青睞[2-4]，特別是國外車企對于液體熱管理技術研究起步早，已經取得了一定成果，國內還處于研究探索階段。公眾號-新能源電池熱管理。
TeslaMotors公司的Roadster純電動汽車采用了液冷式電池熱管理系統。冷卻管道曲折布置在電池間，冷卻液在管道內部流動，傳輸電池產生的熱量。報告顯示在行駛約16萬公里后，Roadster電池組的容量仍能維持在初始容量的80%～85%，而且容量衰減只與行駛里程數明顯相關，而與環境溫度、車齡關系不明顯[1,5]。
展開 行業：電動汽車綜合熱管理
01
背景介紹
隨著電動汽車的不斷普及，為了解決電動汽車在冬季和夏季的續航里程和熱安全問題，需要對電動汽車進行熱管理。電動汽車中的熱管理主要分為電機系統熱管理、電池系統熱管理和空調系統熱管理，這三大系統是電動汽車所產生熱量的主要來源。在以往的電動汽車中，三大系統的熱管理通常是各自獨立的，缺乏對整車熱量的統一管理，熱管理效率較低。而在新一代的電動汽車中，在設計之初便針對整車熱量進行集成式管理，對三大系統產生的熱量進行統一的管理，從而大幅提高車輛整車的熱管理效率，以減少溫度對電動汽車性能的影響。
電動汽車的電機驅動系統是將電池中的電能轉化為機械能，從而為汽車提供行駛的動力。在電機的工作過程中，一些能量會以熱能的形式損耗，如鐵芯損耗、繞組損耗以及機械損耗。動力電池系統為汽車提供電能時，由于持續的放電，電池組會釋放一些熱量，熱量持續聚集便引起電池組的溫度升高。電動汽車空調系統冷熱負荷的產生來源有很多，如汽車內部人員散發的熱量，外界環境通過車身結構導入車廂的熱量，電機系統和動力電池系統導入車廂內部的熱量，以及通過汽車通風系統進入車廂的熱量等等。在研究電動汽車熱管理系統時，必須重點考慮汽車內部的熱量來源和汽車內部熱量的總量，才能采取針對性的熱量管理。
相關活動
活動 \\ 第四屆熱管理材料與技術大會 第二輪通知
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02
組成部分
電動汽車在設計時便針對主要的熱量來源都進行了相應的熱管理。但是，為了進一步提升電動汽車的各項性能參數， 原有的各種獨立式的熱管理系統和方法已經難以適應新的設計要求。
展開 純電動汽車電池熱管理技術研究
通過這些問題的研究分析，希望解決目前純電動汽車電池組的安全問題，同時提高電池組的動力性能，使得電池組的使用壽命變得更加長，這對于新能源混合動力汽車的推廣和產業化有非常重大的現實意義。
作者：趙學棟
豫新汽車熱管理科技有限公司
電動汽車電池熱管理風冷與液冷
鋰離子電池包熱管理的要求是根據鋰離子電池發熱機理,合理設計電池包結構,選擇合適的熱管理方式,合理設計熱管理策略,保證電池包內各個單體電池工作在合理溫度范圍內的同時盡量維持包內各個電池及電池模塊間的溫度均勻性。
動力蓄電池熱管理系統(BTMS,Battery Thermal Management System)對純電動汽車在各種環境下的動力性有至關重要的影響。通過研究分析鋰離子電池產熱原理,BTMS傳熱冷卻方式,及風冷散熱和液冷散熱方案的比較,說明液冷散熱效果好于風冷,液冷散熱將是未來適合復雜工況的大功率鋰離子動力電池熱管理的重要研究方向。
動力蓄電池作為純電動汽車的動力來源,是提高整車性能和降低成本的關鍵一環,其溫度特性直接影響電動車的性能、壽命和耐久性。鋰離子電池因比能大、循環壽命長、自放電率低、允許工作溫度范圍寬、低溫效應好等優點是電動車目前首選的動力電池。鋰離子電池包熱管理的要求是根據鋰離子電池發熱機理,合理設計電池包結構,選擇合適的熱管理方式,合理設計熱管理策略,保證電池包內各個單體電池工作在合理溫度范圍內的同時盡量維持包內各個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的,任何一只電池性能下降都會影響電池組的整體表現。溫差為5℃、10℃、15℃時,相同充電條件下電池組的荷電態分別下降10%、15%、20%。
鋰離子電池熱特性
電池在充放電過程中都會發生一系列化學反應,從而產生熱反應。鋰離子動力電池的主要產熱反應包括:電解液分解、正極分解、負極與電解液的反應、負極與粘合劑的反應和固體電解質界面膜的分解。此外,由于電池內阻的存在,電流通過時,會產生部分熱量。低溫時鋰離子電池主要以電阻產生的焦耳熱為主,這些放熱反應是導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鋰電池的電池動力體系的安全性能。
展開 動力電池熱管理：如何守護電動汽車心臟的冷暖
電動汽車自燃的新聞，很大一部分原因就是動力電池溫度過熱，燒起來了。在工程上，一般認為動力電池的工作溫度最好在40℃以內。那么如何保持這個溫度呢？
汽車電機的工作需要三四百伏的高電壓，動力電池是由很多鋰離子電芯，通過串聯和并聯的方式來提高電壓和容量。比如用100個3.7伏的鋰電池電芯串聯，就能得到370伏的電池。不同品牌不同類型的電動汽車，電池組成方式可能不一樣，有的電芯是片狀的，有的是圓柱形的。
例如下圖的電池就是由很多個圓柱電池組成的，組裝后成為一個電池包整體裝到車上。串聯加并聯，一輛車的電池包可能包含上千個電芯，很壯觀。
這些電芯放電工作時都是發熱源，如果控制不好就會導致電池包溫度過高，燃燒起來。所以及時將這些熱量散出去，就極其重要。
散熱方式有的是通過風冷，用風扇對著電池包吹，優點是散熱結構相對簡單，缺點是從前往后的散熱效果會越來越差。
空氣剛進入電池包時，溫度比較低，散熱效果好。但是空氣邊流動邊吸熱，溫度慢慢就升高了，流到后面已經是熱空氣了，散熱效果肯定會下降。
另一種方式是通過液冷散熱，費用比風冷高，但液體的熱容和換熱能力比空氣厲害多了。用了液冷，有的要在風扇的基礎上再加個泵，抽著冷卻液循環轉起來。有的可能還會加壓縮機和換熱器，例如家用空調。不同品牌和類型的電動汽車，電池包散熱結構可能都會有些不同，有自己的設計和巧思在里邊。
本案例仿真模擬的電池包，它的散熱方式是：這8個塊是電池，底部板是導熱板，左邊的長方形是散熱翅片簡化后的多孔介質。電池上面和側面部分都是絕熱的，下面與導熱板相連，熱量先傳給導熱板，然后導熱板再傳給前面的翅片。在電池和翅片中間有風扇，對著翅片向左吹，就將熱量散了出去。
展開 電動汽車動力電池熱管理技術解析
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純電動汽車動力電池低溫充電熱管理試驗研究
隨著電動汽車市場從一線及大中型城市向中小城市不同氣候地區延伸，需要滿足高溫、低溫以及一些較惡劣環境工況的使用要求。對于用戶而言，汽車動力電池低溫充放電受限問題的影響尤其明顯。要滿足低溫環境中車輛動力電池使用需求，首先要解決低溫充電功率小、充電速度慢、充電容量低的問題，這對純電動車輛電池及其熱管理系統提出了更高的要求。
1 電池低溫性能
某型號動力電池電芯，75%SOC電量，放置在80～－40℃可調的溫箱中進行測試，先將電芯保溫24h，使其溫度達到60℃，然后讓電芯從60℃逐級降到－30℃，測其直流內阻(DCIR)從1.5mΩ升至13.5mΩ，后半段電芯DCIR上升速率非常大，如圖1所示，隨著溫度逐步降低，其直流內阻將快速增加。
在低溫環境中，動力電池電芯隨著溫度的不斷降低，其充放電能力將快速下降，電池充放電容量也將快速減少。如圖2所示，控制充電截止電壓3.4V不變，測試某型電芯在不同低溫下的充電容量:在0℃時，由于電芯DCIR增大，充電容量下降到常溫(25℃)的95%，且比常溫充電時間長約0.15h;而在低溫－10℃時，由于電芯DCIR進一步增大，充電容量僅達常溫(25℃)的75%，且比常溫充電時間長約0.35h。
另外，低溫充電時，電池負極表面還容易析出金屬鋰，循環充電過程中，鋰金屬不斷循環生長，最終會刺穿電池隔膜，造成電池內部短路，不僅對電池造成永久性損傷，還會誘發電池熱失控，導致其使用安全性大大降低。
因此，實際車輛使用過程中，為確保充電的安全性，車輛BMS常采用低溫充電控制策略保護動力電池，即較常溫而言，降低充電電流和充電功率延長充電時間，一般為常溫充電時長的兩倍以上，且充電電量僅能達到常溫充電的60%～80%。
2 熱管理方案優化及驗證
某車型原采用PTC水加熱方式對動力電池進行加熱，如圖3所示。
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新的熱管理工藝可以使電動汽車電池的壽命延長一倍
新的熱管理工藝可以使電動汽車電池的壽命延長一倍
一家以色列公司正在率先開發和使用電動汽車 (EV) 電池系統，該系統可以提高安全性并延長電池壽命。
獲悉，Carrar 公司開發了一種兩相電池熱管理解決方案，可最大限度地降低熱失控風險，從而
顯著
提高電池安全性。同時，通過優化電池的工作溫度范圍，該公司創新的熱管理技術可以幫助將電池的有效壽命延長一倍，從而減少電池廢棄物對環境的影響。
Carrar 最近宣布與德國定制塑料解決方案供應商 Rochling Automotive 合作，開發一種用于電動汽車電池的全密封模塊，該模塊結合了 Carrar 先進的熱管理技術和 Rochling 的輕質塑料解決方案。
來源 | In Compliance Magazine
展開 電動汽車動力電池均衡方法研究 附電動汽車動力電池管理系統設計譚曉軍下載
根據當前我國對于均衡裝置的電流評定標準來看，組合電池的電流應當是動力電池的0.05倍或者0.1倍，在此區間內是比較合適的。
3.2均衡結果
組合電池的內部差異會影響電動汽車的運行效率與安全性，因此為了減少電池荷電狀況的異常，采用均衡裝置將組合電池進行連接，改善電池的性能，增長電池的使用周期。例如對28組12Ah、336V的鎳氫組合電池進行電源輸出，經過測量和得出電壓差異值低于0.05V。此外，將該組合電池的電壓降低到電池荷電狀況的10%，將此范圍內的所有組合電池進行對比，就可以得出組合電池的均衡前后電壓差異指數為50mA，說明均衡效果顯著。再者，組合電池的均衡前電壓小于均衡后的電壓，并且動力電池的容量上升49Ahs，同比增加16%。得出如果上述組合電池不進行均衡處理，就會導致電池差異性越發嚴重，使得動力電池的輸出功率大大降低。
4結語
本文就當前電動汽車動力電池的均衡中存在的問題進行闡述，并使用上述均衡方式進行實驗，將12Ah、336V的鎳氫組合電池采用集中均衡與分散均衡的方法進行實驗，根據結果所得的電壓差異都小于0.05V，符合均衡檢測的標準。從另一方面說明采用均衡方式解決組合電池之間額不平衡差異是十分有效的。但是如果在進行解決的過程中，由于組合電池的數目較大，導致動力電池的內部差異過大，此時應當將組合電池的規格、體積、質量進行統一，加設檢測節點，及時尋找出其中存在問題的組合電池，能夠在一定程度彌補均衡方式的不足之處。
下載地址：電動汽車動力電池管理系統設計譚曉軍
展開 讀者投稿｜純電動汽車動力電池管理系統五部曲之二：單體電池建模研究
第一篇 動力電池試驗研究
第二篇 單體電池建模研究
純電動汽車的主要能量來源為動力電池系統，其性能直接影響整車的經濟性、動力性和可靠性。電動汽車與傳統燃油汽車最大的區別是用動力電池作為動力驅動，而作為銜接電池組、整車系統和電機的重要紐帶，電池管理系統(BMS)的重要性不言而喻。完善的 BMS能夠有效提高電池的利用率，防止電池出現過充電和過放電，并且延長電池的使用壽命，監控電池組及各電池單芯的運行狀態，有效預防電池組自燃，實現突發事件預警，為保障安全贏得時間。
筆者在梳理電池管理系統開發過程中的關鍵技術，為動力電池管理系統設計，測試生產提供理論基礎。計劃分為5個篇章來整理電池管理系統的開發中關鍵技術，今天首先聊一下第二篇章單體電池建模研究及模型參數。
圖1 電池管理系統開發過程中的關鍵技術
單體電池模型用以模擬電池動力學特性動態電池模型，是設計高效可靠的電池管理系統（Battery Management System）的基礎。鑒于等效電路模型簡單的結構，良好的動態響應特性，以及狀態空間方程易于求取的優點，因此非常廣泛的應用于純電動汽車電池管理系統的研究領域中。
不同單體電池模型對比
建立單體電池等效電路模型，將模型與電池辨識參數進行配比，同時利用辨識工具完成參數識別，分析電池端電壓在不同工況下的動態響應，并逐步改進電池等效電路模型，提高電池精度，為后期電池狀態估計（SOC,SOP,SOE,SOH）提供基礎。
展開 電動汽車電池測試：海量數據的管理與分析挑戰
總結
電動汽車的普及和發展在很大程度上取決于電池技術的進步。為了確保電池的性能和安全，電池測試的重要性不言而喻。然而，面對海量復雜的測試數據，如何進行有效管理和分析成為了一個挑戰。
這個挑戰需要我們轉變思維，從傳統的順序式流程轉向動態的、持續監控和適應的方式。在這個新的方式下，數據成為推動決策和行動的關鍵，我們能夠更好地利用數據來實現規模和速度。此外，電池設計驗證在推動電動汽車發展中也起著關鍵作用。在快速變化的電動汽車行業中，我們需要加速汽車創新。
面對這些挑戰和需求，NI的SystemLink?軟件提供了一個有效的解決方案。借助這款軟件，我們能夠安全、簡單地管理和處理大量的電池測試數據，加快電動汽車電池的研發和生產過程，推動電動汽車的大規模采用。
總的來說，面對電動汽車電池測試數據管理和分析的挑戰，我們需要一種全新的思維方式，同時也需要有效的工具和方法。
文章來源：汽車測試網
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