動力電池系統(tǒng)加熱方法的案例
電動汽車動力電池系統(tǒng)加熱方法研究進展
來源：《電動汽車動力電池系統(tǒng)加熱方法研究進展》
電池系統(tǒng)的加熱方式主要分為兩種，內(nèi)部加熱法和外部加熱法。內(nèi)部加熱方式是通過電池電阻或電池內(nèi)部的化學反應等直接對電池內(nèi)部進行加熱，該方法加熱效率高，能耗低。外部加熱方式，即通過外部加熱組件產(chǎn)生熱量，從外部對電池進行加熱，主要加熱方式有氣體加熱、液體加熱、電阻式加熱等。外部加熱簡單，效率相對較低。
1 內(nèi)部加熱方式
電池內(nèi)部加熱不受電池箱尺寸和空間以及安裝方式限制，同一類型電芯，每個電芯的加熱功率基本相同，熱量從內(nèi)部產(chǎn)生，加熱均勻，但須配套高低頻加載控制電路裝置或者外控電路。
1.1 高/低頻交流電加熱
TA.Stuart和A.Hande等最早提出利用低頻或高頻交流電對氫鎳或鉛酸電池進行內(nèi)部加熱，其中低頻交流電的頻率是60Hz，高頻交流電的頻率是10~20kHz。主要原理是通過電池自身的電阻進行加熱，在電池組通交流電的同時可以對電池進行充電和放電。低頻交流電的裝置體積相對于高頻交流電體積較為龐大，較難實現(xiàn)裝車，并且有人指出，低頻交流電會使電池內(nèi)部發(fā)生電離，電池壽命降低，但未有數(shù)據(jù)證實。針對鋰離子動力電池系統(tǒng)，有多項類似加熱的專利出現(xiàn)，由于涉及到交流電產(chǎn)生裝置的成本、質(zhì)量、安裝空間等限制，目前該種方法還沒有在電動汽車上批量應用。
1.2 電池內(nèi)部放電加熱
Wang等開發(fā)出一種具有快速自發(fā)熱功能的鋰離子電池。在電池中設計了鎳箔作為第三極，只要環(huán)境溫度低于0℃，正極和第三極就會形成放電回路，產(chǎn)生熱量對電池進行加熱；電池內(nèi)部溫度超過0℃，第三極斷開，電池回到工作狀態(tài)。電池從－30℃加熱到0℃，只要30s，同時消耗5.5%的電量，效率高，時間短，有望應用于電動汽車上解決低溫嚴寒應用，加熱結(jié)構(gòu)和原理見圖1。
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(tǒng)設計譚曉軍下載
1引言
電動汽車在運行過程要依靠大量電池進行動力支撐，為電動汽車提供動力組合電池被稱為動力電池，動力電池通常是將許多單獨電池進行組合，經(jīng)過串聯(lián)手法形成的大型電源供應裝置，在日常生活中，最為常見的動力電池通常是由280個電壓在1.2V的單獨氫電池構(gòu)成，其內(nèi)部電量容積為336V。在使用動力電池的過程中，由于內(nèi)部組合電池存在差異性，并且對外界反應程度不統(tǒng)一，因此在使用過程隨著使用時間的增加，會導致組合電池之間的差異性更加顯著，不能在進行高效的運轉(zhuǎn)，甚至還會對周圍電池造成損壞。在電量耗光后如果不對其中性能較差的電池進行更換或維修，就會導致該種電池繼續(xù)存在于動力電池中，嚴重危害整體電池的使用周期，還可能會在使用過程中內(nèi)部溫度的升高作用下，產(chǎn)生大量的熱能使得電池爆炸，造成安全事故的發(fā)生。因此進行均衡方式對動力電池的差異進行應對就顯得十分重要。
2均衡方法
在動力電池中要探查組合電池的差異，首先要對電池進行荷電狀況的檢查，電池荷電狀況時電池功能差異的體現(xiàn)，也是進行均衡處理最為高效的途徑。但在對電池的荷電狀況進行檢測時，荷電狀況會隨著周圍環(huán)境的溫度、電池放電速率以及復合次數(shù)影響，所得出的數(shù)值與實際存在較大出入。并且要進行每一個動力電池的荷電狀況檢測，工作量較大，進行電池檢測、維修、更換的成本較高，缺乏實用性。針對上述情況，應當引入均衡技術(shù)進行動力電池檢測，能夠大幅度優(yōu)化檢測流程。電池內(nèi)部存在的均衡電壓能夠在一定程度上壓制電池的荷電狀況，使用分類均衡能夠有效提高進行電池均衡的效率，并且減少了成本投入。
2.1集中均衡方法
集中均衡就是將動力電池內(nèi)部的所有電池的均衡電路設置在一個均衡裝置中，其均衡框架示意如下圖1所示。
展開 動力電池熱管理系統(tǒng)性能試驗方法
1 范圍
本標準規(guī)定了動力電池熱管理系統(tǒng)性能的試驗方法。
本標準適用于乘用車用動力電池熱管理系統(tǒng)，商用車用動力電池熱管理系統(tǒng)可以參考。
2 規(guī)范性引用文件
下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。
GB/T 2900.41-2008 電工術(shù)語 原電池和蓄電池
GB/T 19596-2017 電動汽車術(shù)語（ISO 8713:2002,NEQ）
GB/T 31467.2電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng) 第2部分：高能量應用測試規(guī)程
QC/T 468-2010 汽車散熱器
GB/T 18386-2017 電動汽車 能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法
GB 18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限制及測量方法（中國第六階段）
3 術(shù)語和定義
GB/T 2900.41-2008、GB/T 19596-2017中界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。
3.1 動力電池熱管理系統(tǒng) battery thermal management system
綜合運用各種技術(shù)手段，具備動力電池冷卻、加熱、保溫和均溫等功能，保證動力電池在不同環(huán)境下正常工作的系統(tǒng)。同時，該系統(tǒng)可以在動力電池發(fā)生熱失控時提供報警信號，具備安全防護功能。通常，動力電池熱管理系統(tǒng)包括主動式熱管理系統(tǒng)和被動式熱管理系統(tǒng)兩種。
3.2 被動式熱管理系統(tǒng) passive thermal management systems
基于熱傳導、熱輻射、熱對流等熱量傳輸原理，只依靠冷卻或加熱流體因為溫度因素緩慢流動自然完成熱量輸入輸出交換的熱管理系統(tǒng)。該類系統(tǒng)通常適用于單體產(chǎn)熱量小于5W的電池。
展開 動力電池熱管理系統(tǒng)性能試驗方法
本標準規(guī)定了動力電池熱管理系統(tǒng)性能的試驗方法。
本標準適用于乘用車用動力電池熱管理系統(tǒng)，商用車用動力電池熱管理系統(tǒng)可以參考。
2 規(guī)范性引用文件
下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。
GB/T 2900.41-2008 電工術(shù)語 原電池和蓄電池
GB/T 19596-2017 電動汽車術(shù)語（ISO8713:2002,NEQ）
GB/T 31467.2電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng) 第2部分：高能量應用測試規(guī)程
QC/T 468-2010 汽車散熱器
GB/T 18386-2017 電動汽車 能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法
GB 18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限制及測量方法（中國第六階段）
3 術(shù)語和定義
GB/T 2900.41-2008、GB/T 19596-2017中界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。
3.1 動力電池熱管理系統(tǒng) battery thermal managementsystem
綜合運用各種技術(shù)手段，具備動力電池冷卻、加熱、保溫和均溫等功能，保證動力電池在不同環(huán)境下正常工作的系統(tǒng)。同時，該系統(tǒng)可以在動力電池發(fā)生熱失控時提供報警信號，具備安全防護功能。通常，動力電池熱管理系統(tǒng)包括主動式熱管理系統(tǒng)和被動式熱管理系統(tǒng)兩種。
3.2 被動式熱管理系統(tǒng) passive thermal management systems
基于熱傳導、熱輻射、熱對流等熱量傳輸原理，只依靠冷卻或加熱流體因為溫度因素緩慢流動自然完成熱量輸入輸出交換的熱管理系統(tǒng)。該類系統(tǒng)通常適用于單體產(chǎn)熱量小于5W的電池。
展開 
基于電動汽車電池加熱器的控制方法優(yōu)化
目前電池的加熱方式主要分為內(nèi)部加熱和外部加熱兩種。內(nèi)部加熱主要包含高低頻交流電加熱和電池內(nèi)部放電加熱，加熱方式主要通過電池內(nèi)部的化學反應產(chǎn)生熱量直接對電池進行加熱，該方式加熱效率高，能耗低，但是對電池自身性能要求高且控制復雜。
外部加熱主要包括熱風加熱、液體加熱、加熱膜加熱和外置加熱器（PositiveTemperatureCoefficient，PTC）加熱，加熱方式通過外部加熱組件產(chǎn)生熱量，從外部對電池進行加熱，該方式能效低，加熱時間長，但是加熱簡單，更加安全實用。
本文采用的是外部加熱的方法，通過PTC將水溫加熱到較高的溫度，加熱后的熱水流經(jīng)電池內(nèi)部，與電池進行熱交換實現(xiàn)電池的加熱功能。本文將針對PTC的特性進行研究，并提出一種PTC的控制方法實現(xiàn)電池低溫加熱的功能，從而提升整車的動力性和續(xù)航能力。
1、電池低溫加熱系統(tǒng)介紹本文以某款純電動汽車為研究對象，該車型的電池加熱系統(tǒng)主要由動力電池、加熱器PTC、水泵、PTC水溫傳感器以及相關(guān)的管路組成，見圖1。動力電池采用一款容量為170Ah的三元鋰離子電池，在檢測到電池的溫度低于一定值后進入低溫加熱模式，請求PTC工作，通過調(diào)節(jié)PTC的不同加熱檔位將PTC的水溫控制在目標溫度區(qū)間，在PTC工作的同時請求水泵運轉(zhuǎn)提供7L/min的流量，使冷卻液流經(jīng)電池內(nèi)部與電池進行熱量交換實現(xiàn)電池的加熱功能。
本系統(tǒng)的核心是通過控制PTC工作將水溫加熱到一個目標溫度值并維持在目標值附近。本文設定的加熱目標溫度區(qū)間是45-50℃，設定的目標值過低會導致加熱效率過低，設置過高會導致電池內(nèi)部溫差過大，通過請求PTC以不同的檔位進行加熱來維持冷卻液在目標溫度區(qū)間內(nèi)。2、PTC介紹2.1 PTC檔位介紹PTC加熱器，是一類以鈦酸鋇（BaTiO3）鈦酸鍶（SrTiO3），鈦酸鉛（PbTiO3）為基本組成的半導體陶瓷。
展開 讀者投稿｜純電動汽車動力電池管理系統(tǒng)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(tǒng)，其性能直接影響整車的經(jīng)濟性、動力性和可靠性。電動汽車與傳統(tǒng)燃油汽車最大的區(qū)別是用動力電池作為動力驅(qū)動，而作為銜接電池組、整車系統(tǒng)和電機的重要紐帶，電池管理系統(tǒng)(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(xiàn)過充電和過放電，并且延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池組及各電池單芯的運行狀態(tài)，有效預防電池組自燃，實現(xiàn)突發(fā)事件預警，為保障安全贏得時間。
筆者在梳理電池管理系統(tǒng)開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，為動力電池管理系統(tǒng)設計，測試生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。計劃分為5個篇章來整理電池管理系統(tǒng)的開發(fā)中關(guān)鍵技術(shù)，今天首先聊一下第二篇章單體電池建模研究及模型參數(shù)。
圖1 電池管理系統(tǒng)開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)
單體電池模型用以模擬電池動力學特性動態(tài)電池模型，是設計高效可靠的電池管理系統(tǒng)（Battery Management System）的基礎(chǔ)。鑒于等效電路模型簡單的結(jié)構(gòu)，良好的動態(tài)響應特性，以及狀態(tài)空間方程易于求取的優(yōu)點，因此非常廣泛的應用于純電動汽車電池管理系統(tǒng)的研究領(lǐng)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(shù)進行配比，同時利用辨識工具完成參數(shù)識別，分析電池端電壓在不同工況下的動態(tài)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(tài)估計（SOC,SOP,SOE,SOH）提供基礎(chǔ)。
展開 FEV采用“電池到模塊”方法 推出創(chuàng)新型高性能電池系統(tǒng)
蓋世汽車訊 6月10日，全球領(lǐng)先汽車和動力系統(tǒng)硬件和軟件開發(fā)服務供應商FEV采用“電池到模塊”（cell-to-module）的方法推出一種創(chuàng)新型高性能電池系統(tǒng)，可應用于混動汽車。除成本和封裝優(yōu)化的T骨設計外，該模塊化、高度集成的概念系統(tǒng)還采用創(chuàng)新型主動母線冷卻技術(shù)，可實現(xiàn)最高功率密度。該電池系統(tǒng)功率密度高達2 kW/kg，能量為2 kWh，且重量僅為50kg時，可以提供功率100kW，因此可很好地為混動汽車提供支持。
（圖片來源：FEV）
帶集成冷卻功能的T骨結(jié)構(gòu)
FEV和沃爾沃汽車公司示范并驗證了該電池概念。此概念基于中央、功能集成的T骨元件創(chuàng)建，可用于具有集成冷卻功能的電池機械結(jié)構(gòu)，從而提供成本、重量和封裝均優(yōu)化的模塊設計。
FEV集團首席執(zhí)行官Stefan Pischinger教授表示：“該系統(tǒng)顯著減少了組件數(shù)量和組裝步驟。我們還為功能集成的T骨結(jié)構(gòu)元件選擇了擠壓工藝，從而確保高度靈活性，并進一步推動降低成本。此外，該模塊采用緊湊設計，可堆疊多個模塊。”
電芯可通過導熱粘合劑連接到T骨結(jié)構(gòu)的兩側(cè)。為使電芯與T骨載體電絕緣，還采用了粉末涂層。通過這種方式，該涂層和導熱粘合劑的層厚可使得冷卻劑和電池電芯間的熱接觸電阻達到最小。
為補償電池在T骨結(jié)構(gòu)元件長度導致的電芯容差，以及使電池電芯外殼彼此絕緣，每個電池電芯間都會采用自粘壓縮泡沫。為了將電池組機械地固定到載體上，它們通過兩個端板被壓到一個既定長度，然后通過穿過端板的螺釘固定到T骨結(jié)構(gòu)元件的端件上。
展開 第十九講：電池系統(tǒng)建模預測動力典型性能及壽命 | 達索系統(tǒng)百世慧
電池作為電動汽車的重要部件，對電動汽車的動力性、安全性和經(jīng)濟性等至關(guān)重要，電池系統(tǒng)的合理設計對于提高電池使用壽命，保證續(xù)航里程有決定性作用?；谀Ｐ偷?em>電池系統(tǒng)開發(fā)，針對電池的電性能、熱性能和老化特性進行耦合分析，并結(jié)合電池的多樣化使用場景，保證電池性能輸出及電池壽命達到質(zhì)保里程的要求。
會議時間：
2022.7.28 14:00-15.00
講師介紹：
主講人：錢劍杰，達索系統(tǒng)CATIA系統(tǒng)工程高級顧問，2012年畢業(yè)于浙江大學，碩士。豐富的系統(tǒng)工程及系統(tǒng)仿真業(yè)務咨詢經(jīng)驗，業(yè)務領(lǐng)域包括航空航天、汽車、高科技、新能源等行業(yè)。
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Simulia網(wǎng)站：https://vsystemes.com/
展開 MODEL動力電池系統(tǒng)分析報告
保時捷Taycan細節(jié)設計解析（包含電池、充電、車身、熱管理、動力系統(tǒng)、底盤））
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燃料電池動力系統(tǒng)構(gòu)型與關(guān)鍵部件
1 燃料電池動力系統(tǒng)構(gòu)型燃料電池動力系統(tǒng)中的二次儲能電池可以有多種類型,包括鋰離子電池?鎳氫電池和超級電容器等?因此,燃料電池動力系統(tǒng)存在多種構(gòu)型方案,目前常用的燃料電池動力系統(tǒng)構(gòu)型方案見表2?
表2 常用的燃料電池動力系統(tǒng)構(gòu)型方案
1.1 單一燃料電池構(gòu)型
單一燃料電池構(gòu)型只包含燃料電池一個能量源,單一燃料電池動力系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示,包括燃料電池系統(tǒng)?整車控制器?DC/DC?逆變器和電機等部件?汽車的所有功率負荷都由燃料電池承擔?燃料電池系統(tǒng)將氫氣與氧氣反應產(chǎn)生的電能傳給驅(qū)動電機,驅(qū)動電機將電能轉(zhuǎn)化為機械能再傳給傳動系統(tǒng),從而驅(qū)動汽車前進?
圖1 單一燃料電池動力系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)
燃料電池輸出電壓一般比電動汽車動力總線電壓要低,特性比較軟,即隨著輸出電流的增加,電壓下降幅度比較大,為實現(xiàn)燃料電池輸出電壓與動力總線電壓匹配,就需要一個DC/DC(直流/直流)變換器?同時,DC/DC變換器可以對燃料電池最大輸出電流和功率進行控制,起到保護燃料電池系統(tǒng)的目的?
1.2 燃料電池+動力蓄電池構(gòu)型
該種構(gòu)型有多種分類標準,根據(jù)是香插電可分為插電型和不插電型:根據(jù)配備的燃料電池和動力蓄電池的功率等級的差異,可分為能量混合型和功率混合型:根據(jù)燃料電池是否與直流母線直接連接,可分為直接型和間接型?
1.2.1 不插電型和插電型
不插電型燃料電池+動力蓄電池構(gòu)型動力系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖5-2所示?該動力系統(tǒng)中,燃料電池系統(tǒng)為主要動力源,動力蓄電池配合燃料電池系統(tǒng)進行混合驅(qū)動,電能經(jīng)過電機轉(zhuǎn)化成機械能傳給傳動系統(tǒng)?加速時,電池組和燃料電池堆共同輸出能量,保證整車的加速性能,由于電池組提供了部分能量,減輕了電池堆瞬時加速時的負擔,避免陰極“氧氣饑餓”現(xiàn)象的發(fā)生,可延長電池堆壽命?制動時,電池組回收部分能量,此過程由電池管理系統(tǒng)控制?
圖2 不插電型燃料電池+動力蓄電池構(gòu)型動力系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)
展開 動力電池液冷系統(tǒng)(VOF)流動狀態(tài)模擬 ￥20
利用同樣的方法，分離出出口區(qū)域表面outlet1和outlet2
分離完成后，如下圖所示，會有四個表面，整體流道，進口，兩個出口表面。
9.將parts下面的surface分配給regions，設置流道邊界條件Geometry——Parts——fluid——右鍵——Assign Parts to regions。
在上面的設置中，選擇為每個part創(chuàng)建一個區(qū)域，為每一個part的表面創(chuàng)造一個邊界，選擇好后，點擊apply——close。
設置成功后，可以在regions里面看到已經(jīng)創(chuàng)立好的邊界
9.設置完成后，在regions里面定義進出口條件，設置進口（inlet）邊界條件為質(zhì)量流量進口（mass flow inlet），分別設置出口（outlet1和outlet2）為壓力出口（pressure outlet）。
10.模型基本處理完成，開始劃分網(wǎng)格，在starccm+里面劃分網(wǎng)格有三種方法：第一種是基于parts劃分網(wǎng)格、第二種是基于continua下面劃分網(wǎng)格、第三種是混合劃分網(wǎng)格（在parts下面劃分生成表面網(wǎng)格，在continua下面生成體網(wǎng)格）
本次的網(wǎng)格是采用基于parts下面劃分網(wǎng)格，該劃分網(wǎng)格方法的優(yōu)勢是可以對局部位置進行局部加密網(wǎng)格劃分
選擇Geometry——operations——右鍵——new——mesh——Automated Mesh
展開 
動力電池液冷系統(tǒng)仿真流程（上）
同時本人也在技術(shù)鄰平臺更新新能源動力電池熱管理仿真和設計課程如下
1、 基于starccm+在動力電池熱管理仿真技術(shù)應用、
2、新能源汽車PACK熱流體仿真進階20講
3、新能源動力電池熱管理設計入門到進階23講
4、 Hypermesh網(wǎng)格劃分-精講進階視頻教程
5、有限元分析ANSA19.0視頻教程零基礎(chǔ)入門到精通50講
6、Hypermesh軟件CAE流體網(wǎng)格劃分CFD前處理
7、CAE | STAR-CCM+流體CFD分析零基礎(chǔ)視頻教程
動力電池液冷系統(tǒng)仿真流程（下）
圖12 液冷系統(tǒng)P-Q曲線
4.4.2 流量均勻性
借助流場分析仿真得出各回路流量值，判斷各回路流量分配均勻性，流量比的偏差值是否控制在設計目標范圍內(nèi)。
圖13 各回
本人對新能源汽車有免費資料分析公眾號：新能源汽車熱管理仿真技術(shù)，關(guān)注回復“1”，可領(lǐng)取更多熱管理方面資料。
同時本人也在技術(shù)鄰平臺更新新能源動力電池熱管理仿真和設計課程如下
1、 基于starccm+在動力電池熱管理仿真技術(shù)應用、
2、新能源汽車PACK熱流體仿真進階20講
3、新能源動力電池熱管理設計入門到進階23講
4、 Hypermesh網(wǎng)格劃分-精講進階視頻教程
5、有限元分析ANSA19.0視頻教程零基礎(chǔ)入門到精通50講
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展開 汽車究竟要跑多久，蓄電池才能充滿GBT 31485-2015 電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法
汽車蓄電池作為汽車上非常重要的一個配件，是通過發(fā)動機來充電的。
今天就來給大家講講關(guān)于蓄電池的一些知識。
汽車要跑多久，才能給蓄電池充滿電呢？
當我們關(guān)掉車上所有用電設備時，排量在兩升以下的車，汽車大概跑5到10分鐘就能給蓄電池充滿電。
當汽車當汽車停放時間過長，處于虧電狀態(tài)時，需要充電20小時左右才能為蓄電池充滿電。
一般汽車蓄電池的壽命在三到四年左右，當汽車比平時更難啟動或者是蓄電池出現(xiàn)鼓包時，說明蓄電池即將報廢，我們需要更換新的蓄電池了。
我們平時究竟該如何保養(yǎng)蓄電池，才能延長蓄電池的使用壽命呢？
首先不要長時間停放。即使沒時間開汽車，也要定期啟動一下汽車發(fā)動機，為蓄電池充一下電。
其次大家在停車熄火前一定要先關(guān)大燈和空調(diào)。
汽車蓄電池作為汽車上面的核心部件起著非常重要的作用，大家平時一定要好好保養(yǎng)汽車蓄電池。
下載地址：GBT 31485-2015 電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法
展開 新能源汽車動力電池內(nèi)部組件及系統(tǒng)裝配
電池如何生產(chǎn)
動力電池生產(chǎn)包含安裝和測試兩個方面
1
導熱墊、水管安裝
2
模組安裝
3
水冷系統(tǒng)氣密性檢測
通過加壓、保壓檢測水冷系統(tǒng)氣密性。
