電池冷卻板的案例
馬勒推出受珊瑚啟發(fā)的電池冷卻板
來源 | electrive.com
德國汽車供應(yīng)商馬勒發(fā)布了一款新型電池冷卻板，并認(rèn)為這是一次“技術(shù)飛躍”。該公司的工程師從大自然中汲取靈感，開發(fā)了一種冷卻通道仿生結(jié)構(gòu)，使冷卻劑能夠以不同的方式流動。
馬勒表示，這顯著提高了冷卻板的熱力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)機(jī)械性能，具體來說，其冷卻能力提高了 10%，且壓力損失降低了 20%。這有助于將電池保持在最佳工作溫度范圍內(nèi)；在鋰電池中，即使在快速充電等極端條件下，電池溫度也不應(yīng)超過 40 攝氏度。同時，所有電池的溫度分布必須盡可能均勻，這就是流通板的用武之地。
這種新設(shè)計可根據(jù)需求控制冷卻劑流量，特別是對于電池單元和冷卻劑之間的微小溫差，較慢的流速可以改善傳熱。馬勒表示，其仿生電池冷卻板的工作效率非常高，溫度范圍可以降低 50%，峰值溫度也可以顯著降低。這使得電池效率更高，并且可以更快、更安全地充電，從而延長使用壽命。
馬勒還指出了仿生結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)勢。受珊瑚啟發(fā)，工程師們在新的制造工藝中使用更薄的材料，并消耗更少的能量。馬勒全球熱管理開發(fā)主管Uli Christian Blessing 博士表示，該種新型電池冷卻板對提升冷卻技術(shù)具有出色的效果，并且在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面具有巨大優(yōu)勢，馬勒將于 2023 年 9 月在慕尼黑 IAA Mobility 上首次展示其新型仿生電池冷卻板。
展開 新型被動冷卻方案：用于質(zhì)子交換膜燃料電池堆的均熱板
來源 | Renewable Energy
01
背景介紹
質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）是一種將氫能轉(zhuǎn)化為電能的直接能源裝置，具有能源效率高、啟動快、無污染排放等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于分布式發(fā)電、便攜式供電、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。然而，PEMFC在輸出電能的同時釋放大量廢熱，影響其工作溫度。過高的溫度會導(dǎo)致膜電極組件降解并造成不可逆的損壞，而過低的溫度則不利于反應(yīng)動力學(xué)，影響PEMFC的性能和耐久性。
02
成果掠影
近期，華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院簡棄非教授團(tuán)隊(duì)提出了一種新穎的被動冷卻方案，將均熱板集成到質(zhì)子交換膜燃料電池堆中進(jìn)行熱管理。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計并制作了1.32 mm厚的均熱板，并通過使用加熱墊在不同功率下進(jìn)行測試來驗(yàn)證其傳熱性能。在確認(rèn)均熱板能夠滿足散熱要求后，在快速啟動和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間對與均熱板耦合的電池堆的輸出特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評估。結(jié)果表明均熱板在熱通量密度僅為 0.052 W/cm2的情況下有效運(yùn)行在蒸發(fā)部分，同時在 48 W 下保持最大面內(nèi)溫差 2.6 °C。在電池堆從 0 A 到 40 A 的快速啟動加載過程中，均熱板表現(xiàn)出快速的熱響應(yīng)和出色的溫度均勻性，防止由于工作溫度不當(dāng)而導(dǎo)致堆棧性能下降。與一般的風(fēng)冷電池堆相比，與均熱板結(jié)合的電池堆的電壓顯著提高了 21.7%。這些結(jié)果系統(tǒng)地證明了均熱板用于風(fēng)冷質(zhì)子交換膜燃料電池堆熱管理的可行性。
展開 【STAR-CCM+電池冷卻】基于直流道液冷板的動力電池冷卻性能仿真
與空氣冷卻相比，液體冷卻具有比熱容和對流換熱系數(shù)大的優(yōu)勢。液體冷卻系統(tǒng)與電池組進(jìn)行換熱時，能將電池組的熱量迅速帶出電池包，快速實(shí)現(xiàn)散熱需求。HUOYutao [7] 等設(shè)計了一種基于直流道液冷板對方形鋰離子電池進(jìn)行冷卻，研究電池放電過程溫升和溫度分布的影響, 結(jié)果表明電池的最高溫度隨通道數(shù)量和入口質(zhì)量流量的增加而降低。袁昊[8] 等比較U 型流道不同出口位置、管徑、間距對電池組散熱性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)進(jìn)口與出口同側(cè)結(jié)構(gòu)的流動分布均勻。DENG Tao [9]等建立了蛇形通道結(jié)構(gòu)的冷板，分析了冷卻通道數(shù)量、通道布局和冷卻劑入口溫度對電池熱管理系統(tǒng)冷卻性能的影響，結(jié)果表明5 通道長度方向的通道布局具有最有效的冷卻性能。特斯拉公司的D. Adams [10] 等將扁平管放置在兩排圓柱形電池間對其冷卻，冷卻管內(nèi)部分為4 個通道，通過冷卻液逆向流動來確保電池間的溫均性。A. Jarrett [11] 對一個冷卻板進(jìn)行了參數(shù)化建模，定義了壓降、平均溫度和溫度均勻性的目標(biāo)函數(shù)，并使用計算流體動力學(xué)（computational fluid dynamics，CFD）方法優(yōu)化了冷板的通道寬度和位置。單目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果表明壓力目標(biāo)和平均溫度目標(biāo)是一致的，但是和溫度均勻性目標(biāo)相悖。A. Jarrett [12] 在單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計基礎(chǔ)之上，通過添加中間權(quán)衡因子和對目標(biāo)函數(shù)引入約束自適應(yīng)加權(quán)和，對冷板進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化，為冷板設(shè)計提供參考。
本文根據(jù)電池組具體幾何形狀及其散熱結(jié)構(gòu)，提出一種并聯(lián)非等長直流道的液冷板結(jié)構(gòu)方案，將其熱特性與并聯(lián)等長直流道設(shè)計方案進(jìn)行對比，探究液冷板溫度分布、電池組溫度分布、液冷板壓降以及冷卻液流量和冷卻液溫度對電池包散熱性能的規(guī)律。
展開 螺旋管流動沸騰冷卻與空氣冷卻相結(jié)合的鋰離子電池熱管理
同時，鋰電池由于其諸多優(yōu)點(diǎn)和較高的生產(chǎn)率而備受關(guān)注。鋰電池的主要用途包括電子工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、航空航天和電動汽車等。近十年來，電動汽車和混合動力汽車快速發(fā)展，鋰電池在這些系統(tǒng)中的使用為汽車行業(yè)增添了突出的特點(diǎn)，提供合適的條件溫度對鋰電池的性能和壽命起著十分重要作用，25°C到40°C是電池的最佳范圍，低于或高于此溫度范圍的工作溫度會導(dǎo)致其性能中斷并縮短其使用壽命。
02
成果掠影
近期，伊拉姆大學(xué)機(jī)械工程系 Sajjad Ahangar Zonouzi老師團(tuán)隊(duì)采用組合冷卻方法進(jìn)行鋰離子電池的熱管理。這種冷卻方法是通過纏繞在電池上的半螺旋管進(jìn)行流動沸騰冷卻和通過電池中的氣流進(jìn)行空氣冷卻的冷卻方法相結(jié)合的。使用控制體積技術(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬，用于模擬流動沸騰區(qū)域的模型是歐拉-歐拉多相模型。研究結(jié)果表明，所提出的組合冷卻方法有助于更好的電池組熱管理。由于恒定溫度下的汽化潛熱，螺旋管內(nèi)發(fā)生流動沸騰有助于去除大量熱量，并且電池與沸騰流體接觸的部分的電池溫度幾乎保持恒定。沸騰流體質(zhì)量通量的增加和入口空氣速度降低了電池組內(nèi)電池的最高溫度。此外，通過減小沸騰流體的入口過冷度，降低了電池的溫度，并且電池組中不同排的電池之間的溫差受空氣入口速度的影響較小。研究成果以“Combination of flow boiling cooling by taking advantage of helical pipes and air cooling for thermal management of lithium-ion batteries”為題發(fā)表于《Journal of Energy Storage》。
展開 
采用電池冷卻方法的鋰離子電池熱管理策略：現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
由于全球變暖問題不斷加劇，對清潔能源替代品的需求持續(xù)增長，電動汽車電池憑借高效率、安全性和可靠性等特點(diǎn)，使電動汽車(EV)行業(yè)迎來了大幅增長。然而，這些電池也存在一些限制因素，盡管生產(chǎn)小型、安全、高性能、和可靠的電池有困難，但這也迫使電動汽車制造商在電池領(lǐng)域進(jìn)行更多的投資。近年來，電動汽車越來越受歡迎，為人們提供更多的舒適性和節(jié)省成本。
02
成果掠影
近期，韓國嶺南大學(xué)Gyu Sang Choi和Sung Chul Kim老師團(tuán)隊(duì)分析了各種電池熱管理系統(tǒng)(TMS-Bs)冷卻方法及其在可行性、成本和壽命方面的優(yōu)缺點(diǎn)，討論了熱失控(TR)機(jī)制，模型和策略，以減輕TRS問題。有效的TMS-B可以減輕電池的TR，并提高其性能和壽命。總體而言，TMS-B對于維持電動汽車中使用的LBS的最佳溫度范圍至關(guān)重要。一個有效的TMS-B可以減輕TR，并提高性能和壽命，然而，需要進(jìn)一步研究TMS-B的結(jié)構(gòu)、工作介質(zhì)、流道尺寸和液體填充能力，同時更好地理解電池、模塊和包裝如何應(yīng)對快速充電情況是十分必要的。
展開 美國新勢力Lucid 的電池冷卻方案
▲圖3.Lucid的21700電芯的正負(fù)極連接和Busbar
這都是為了頂部的散熱設(shè)計，現(xiàn)在好多整車企業(yè)都很喜歡這種頂端的散熱設(shè)計，讓電芯的頂部和散熱板進(jìn)行連接，讓電芯和外部進(jìn)行熱隔離。
▲圖4.Lucid的水冷設(shè)計
Lucid采用頂部是平面冷卻的方式，在非受力的情況下，通過間隙控制保證冷板與底部的良好接觸，在這里水冷板直接和電芯貼合的部分采用了導(dǎo)熱絕緣的材料，在保證貼合的情況下進(jìn)行絕緣處理。
▲圖5.Lucid的水冷板
Lucid也采用了一套分布式的電池管理系統(tǒng)，把采樣板內(nèi)置在模組里面，然后BMS主系統(tǒng)單獨(dú)做了一塊板，如下所示。
▲圖6.Lucid的內(nèi)置CMU采樣板
BMU的位置被放置在一個模組的頂部，如下所示。
▲圖7.BMU的位置在一個模組上方
Part 2
和特斯拉的頂部冷卻（4680）方式做對比
當(dāng)然特斯拉想做的，是在底部做支撐和泄壓排放，然后在頂部做電氣連接和絕緣設(shè)計，并且通過導(dǎo)熱膠的部分，讓母排的熱量充分散出去。
相比較Lucid頂部做電氣連接嵌塑的方法，這種電氣絕緣和導(dǎo)熱散熱模式效果可能更直接一些。再加上里面本來就有的散熱板，面向400V900A的特別容易發(fā)熱的充電曲線，這個設(shè)計并不過分。
▲圖7.特斯拉的4680散熱設(shè)計對比
比較期待3月份等4680Model Y完成交付，實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計出來以后，我們看這一代產(chǎn)品和國內(nèi)電池的性能差異。
展開 探究鋰離子電池熱管理的主被動冷卻方法
在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，以電池為動力的零排放汽車正在迅速取代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車。由于鋰離子電池自放電率低、能量密度高、體積小、無記憶和使用壽命長，因此鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于混合動力汽車和電動汽車。研究也證明，鋰離子電池在20至40 ℃的溫度范圍內(nèi)有效工作，電池性能最佳。
然而，在快速充電或車輛爬坡時，會產(chǎn)生大量的熱量。此外，在高工作溫度下，電池的溫度迅速上升，可能會降低電池的生命周期。熱失控在鋰離子電池中已經(jīng)變得越來越普遍，熱安全性已經(jīng)成為阻止其使用的一個關(guān)鍵問題。如果這些熱量不立即消散，不僅會降低電池性能，還會引發(fā)熱失控，導(dǎo)致電池燃燒和爆炸。因此建立合適的熱管理系統(tǒng)至關(guān)重要。
電池的安全性可以通過在電池熱管理系統(tǒng)(BTMS)中監(jiān)測來評估。常見的BTMS現(xiàn)在分為主動冷卻系統(tǒng)和被動冷卻系統(tǒng)。在主動冷卻過程中，電池模組的熱量通過空氣或液體排出。而通過相變材料(PCM)冷卻是被動冷卻。PCM優(yōu)于空氣和液體熱管理系統(tǒng)，因?yàn)樗恍枰L(fēng)扇、泵和連接等電氣機(jī)械設(shè)備。
為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們在高溫下的行為至關(guān)重要。因此本文在不同的條件下，研究了不同條件下鋰離子電池的主動和被動冷卻的熱管理效果。
02
成果掠影
近期，美國能源高級研究中心的Naseem Iqbal教授團(tuán)隊(duì)為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們在高溫下的行為，探究了不同的冷卻方式以及模組的排列方式對新能源電池熱管理的影響。該研究對電池組進(jìn)行了一系列充放電實(shí)驗(yàn)，以評估熱管理對電池組性能的影響。通過改變周圍條件并使用相變材料來改善熱管理，從而分析電池之間的溫度分布。
展開 汽車電池熱管理冷卻技術(shù)分析（含視頻教程詳細(xì)講解）
因?yàn)楦邷貢?em>電池的循環(huán)壽命明顯降低，同時在高倍率充電時也不安全。目前市面上的新能源車電池，主要有4種電池冷卻方式，分別是自然冷卻、風(fēng)冷和液冷、直冷這四種。
汽車電池熱管理冷卻方式介紹
自然冷卻
自然冷卻是最基礎(chǔ)和最簡單的冷卻方式，?是依賴環(huán)境溫度進(jìn)行散熱的被動方式，?利用空氣的自然對流來散熱，不需要額外的能源輸入。
?這種方式優(yōu)點(diǎn)是成本低、?無能耗且不需要額外空間，?缺點(diǎn)是散熱效率較低，?適用于早期的新能源車型。??
風(fēng)冷系統(tǒng)
風(fēng)冷是通過增加風(fēng)扇來主動促進(jìn)空氣流動，?提高散熱效果。
?風(fēng)冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是成本低、?能耗低，?且技術(shù)成熟，?易于控制和維護(hù)。?缺點(diǎn)是其冷卻效果仍然受到環(huán)境溫度的影響，?且在需要加熱電池的寒冷天氣中，?還需要額外的加熱系統(tǒng)。?
液冷系統(tǒng)
液冷通過冷卻液在電池組中的循環(huán)流動來實(shí)現(xiàn)高效散熱，?類似于電腦CPU的水冷散熱系統(tǒng)。
?液冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是冷卻效率遠(yuǎn)高于風(fēng)冷，?而且可以通過加熱冷卻液來同時實(shí)現(xiàn)電池的加熱。缺點(diǎn)是液冷系統(tǒng)相對較重，?會占用一定的電池空間，?且后期維護(hù)成本較高。???
直冷系統(tǒng)
直冷系統(tǒng)直接將制冷劑引入電池冷卻管道中，?實(shí)現(xiàn)高效的熱交換。
?直冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是冷卻效率極高，?同時在加熱電池方面也有出色表現(xiàn)。?其體積小、?成本低于液冷系統(tǒng)，?缺點(diǎn)是技術(shù)難度相對較高，?需要確保高壓下的密封性能。???
目前汽車電池熱管理主流冷卻方式是液冷。?液冷系統(tǒng)的高效、?靈活和可靠的熱管理能力使其成為目前最主流的動力電池冷卻方式。?
汽車電池冷卻常見問題
哪種冷卻方式的成本高？
新能源汽車電池冷卻方式中，液冷系統(tǒng)由于涉及更多的組件和復(fù)雜的循環(huán)系統(tǒng)，所以其成本相對較高。?同時，?液冷系統(tǒng)可能需要更頻繁的維護(hù)和檢查，?因?yàn)橐后w泄漏可能會導(dǎo)致冷卻效率下降或損壞電池。?
展開 探究鋰離子電池熱管理的主被動冷卻方法
在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，以電池為動力的零排放汽車正在迅速取代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車。由于鋰離子電池自放電率低、能量密度高、體積小、無記憶和使用壽命長，因此鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于混合動力汽車和電動汽車。研究也證明，鋰離子電池在20至40 ℃的溫度范圍內(nèi)有效工作，電池性能最佳。
然而，在快速充電或車輛爬坡時，會產(chǎn)生大量的熱量。此外，在高工作溫度下，電池的溫度迅速上升，可能會降低電池的生命周期。熱失控在鋰離子電池中已經(jīng)變得越來越普遍，熱安全性已經(jīng)成為阻止其使用的一個關(guān)鍵問題。如果這些熱量不立即消散，不僅會降低電池性能，還會引發(fā)熱失控，導(dǎo)致電池燃燒和爆炸。因此建立合適的熱管理系統(tǒng)至關(guān)重要。
電池的安全性可以通過在電池熱管理系統(tǒng)(BTMS)中監(jiān)測來評估。常見的BTMS現(xiàn)在分為主動冷卻系統(tǒng)和被動冷卻系統(tǒng)。在主動冷卻過程中，電池模組的熱量通過空氣或液體排出。而通過相變材料(PCM)冷卻是被動冷卻。PCM優(yōu)于空氣和液體熱管理系統(tǒng)，因?yàn)樗恍枰L(fēng)扇、泵和連接等電氣機(jī)械設(shè)備。
為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們在高溫下的行為至關(guān)重要。因此本文在不同的條件下，研究了不同條件下鋰離子電池的主動和被動冷卻的熱管理效果。
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成果掠影
近期，美國能源高級研究中心的Naseem Iqbal教授團(tuán)隊(duì)為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們在高溫下的行為，探究了不同的冷卻方式以及模組的排列方式對新能源電池熱管理的影響。該研究對電池組進(jìn)行了一系列充放電實(shí)驗(yàn)，以評估熱管理對電池組性能的影響。通過改變周圍條件并使用相變材料來改善熱管理，從而分析電池之間的溫度分布。
展開 輕型純電動商用車動力電池冷卻性能分析
1概述
電池作為純電動車的動力元件，直接影響到車輛的續(xù)駛里程、壽命和整車性能。對于純電動車來說，動力電池的充放電可能隨時進(jìn)行。充放電是典型的電化學(xué)過程，其伴生的反應(yīng)熱很容易引起電池組內(nèi)100℃以上的溫差，如不及時散熱，對充放電過程、電池的可靠性和壽命都有極大的負(fù)面影響，電池熱效應(yīng)問題也會影響到整車的性能和壽命。目前對動力電池冷卻主要是:保證充放電時產(chǎn)生的熱量及時散出;各模塊間溫度分布均勻。因此，本文以國內(nèi)某輕型商用純電動車用磷酸鐵鋰電池包為研究對象，對現(xiàn)有電池冷卻方案進(jìn)行了性能試驗(yàn)對比和數(shù)據(jù)分析，確定了電池包冷卻的最終方案。
2動力電池冷卻方案
動力電池的冷卻主要有風(fēng)冷、制冷劑冷卻和水冷三種方式;與其他兩種冷卻技術(shù)相比，風(fēng)冷方式技術(shù)更成熟，其研發(fā)、制造成本相對較低，周期短，目前被廣泛采用，國內(nèi)目前市場上的純電動汽車也主要以風(fēng)冷為主。風(fēng)冷方式又分自然冷卻和強(qiáng)制冷卻。因此，某輕型商用純電動車型動力電池也選擇風(fēng)冷方式，設(shè)計了強(qiáng)制冷卻和自然冷卻兩種風(fēng)冷方式。強(qiáng)制冷卻是由鼓風(fēng)機(jī)將乘員艙內(nèi)被空調(diào)冷卻的25～30℃空氣抽進(jìn)電池箱體，通過電池箱體內(nèi)部強(qiáng)制對流帶走電池散發(fā)的熱量，最后排入環(huán)境中。自然冷卻無單獨(dú)冷卻系統(tǒng)，僅依靠自然對流散熱，該方式電池溫度高，但成本低。
為滿足車輛總重量大、續(xù)駛里程長的要求，該車型選用磷酸鐵鋰電池電容量達(dá)75kWh。因在現(xiàn)有成熟車型上進(jìn)行動力總成改型設(shè)計，受車體空間影響，電池必須安放在地板下，且電池模塊必須分別放置在前后兩電池箱內(nèi)才能滿足安裝要求。電池包冷卻方案結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。
展開 液冷電池熱管理系統(tǒng)在不同冷卻情況下的性能分析
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于電動汽車（EV）和儲能系統(tǒng)（ESS）等領(lǐng)域，其性能直接影響了系統(tǒng)運(yùn)行的安全與效率。鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電率低、成本低、對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，但它們的性能對溫度非常敏感。熱安全性是限制電池發(fā)展的重要因素。通常情況下，電池模塊的最高溫度應(yīng)保持在288~313 K之間，電池之間的最大溫差應(yīng)控制在5 K以內(nèi)，以保證電池穩(wěn)定運(yùn)行。
電池熱管理系統(tǒng)的特點(diǎn)主要包括體積小、成本低、安裝簡單、可靠性好等，也分為有源或無源、串聯(lián)或并聯(lián)等。無論是電池儲能系統(tǒng)還是混合儲能系統(tǒng)，電池都是主要組成部分。充電時，儲能系統(tǒng)充當(dāng)負(fù)載，放電時，儲能系統(tǒng)充當(dāng)發(fā)電機(jī)組，并且只能在一定的溫度范圍內(nèi)放電和儲存電力。電池熱管理系統(tǒng)可以保證電池工作在最佳溫度范圍并保證電芯和模組的溫度均勻性，高溫會加劇電池內(nèi)部的副反應(yīng)，影響電池壽命甚至引發(fā)熱失控。然而低溫會導(dǎo)致內(nèi)阻增大、容量下降，進(jìn)而導(dǎo)致電池性能下降。因此，為了實(shí)現(xiàn)電池儲能系統(tǒng)的最佳性能，需要合適的電池熱管理系統(tǒng)。
02
成果掠影
近期，吉林大學(xué)江彥老師團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種高效的電池熱管理系統(tǒng)，可以控制電池模塊的溫度，從而提高整體性能。該研究針對由12節(jié)方形LiFePO4電池組成的電池模塊設(shè)計了不同類型的液冷熱管理系統(tǒng)。以計算流體動力學(xué)模擬為主要研究工具，提出了從傳熱和流動阻力兩個方面評價冷板性能的參數(shù)，以及冷卻面、入口數(shù)量和冷卻液方向?qū)ζ?em>冷卻效果進(jìn)行了研究。
展開 
考慮系統(tǒng)體積和冷卻性能的風(fēng)冷電池熱管理系統(tǒng)策略
鋰離子電池作為電動汽車（EV）的核心部件，廣泛應(yīng)用于混合動力汽車（HEV）、插電式混合動力汽車（PHEV）和純電動汽車（BEV）。動力電池的性能很大程度上決定了整車的性能。電池的能量密度越高，電動汽車的續(xù)航能力就越好。高能量密度電池在充電和放電過程中會產(chǎn)生高熱量，如果熱量長時間聚集在一起，不僅會損害電池的使用壽命，還會增加熱失控的風(fēng)險，嚴(yán)重時甚至?xí)鸨ǎ＜叭松戆踩ＴO(shè)計良好的電池熱管理系統(tǒng)（BTMS）可以有效散熱，提高車輛性能，保證車輛和駕駛員的安全。因此，電池熱管理系統(tǒng)具有重要的研究價值和理論意義。當(dāng)前的研究主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，以降低系統(tǒng)的最高溫度為主要目的。然而，冷卻系統(tǒng)的體積對于電動汽車設(shè)計也很重要，卻很少受到關(guān)注。
02
成果掠影
近期，新疆大學(xué)盧浩老師團(tuán)隊(duì)提出了一種新的電池熱管理系統(tǒng)優(yōu)化策略，該策略綜合考慮系統(tǒng)體積和冷卻性能，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用確定合適的熱管理策略。所提出的方法分為四個步驟：優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計、建立計算代碼、多目標(biāo)優(yōu)化和綜合模擬決策。基于計算流體力學(xué)（CFD）的數(shù)值模擬用于驗(yàn)證優(yōu)化后系統(tǒng)的冷卻性能。與當(dāng)前三種電池熱管理系統(tǒng)設(shè)計相比，體積最多減少了13.01%。穩(wěn)定發(fā)熱過程中，最大溫差分別降低了65.79%、40.65%和63.69%，溫度均勻度分別提高了65.87%、34.93%和60.80%。電池組非穩(wěn)態(tài)發(fā)熱情況下，5C放電倍率的時候，最大溫差下降2.28 K，最大溫差和溫度均勻性分別下降57.11%和49.15%。
展開 一種用于鋰離子電池組熱管理的液體冷卻系統(tǒng)
鋰離子電池因其能量密度高、自放電率低、維護(hù)要求低、循環(huán)壽命長、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，是目前電動汽車使用最廣泛的電源。然而，鋰離子電池的性能受工作溫度的影響很大。鋰離子電池理想的工作溫度范圍為25 ~ 40℃，不同電池之間的最高溫差小于5℃。在低溫或高溫環(huán)境下工作都會導(dǎo)致電池性能下降，壽命縮短，甚至熱失控。因此，一個優(yōu)秀的電池熱管理系統(tǒng)(BTMS)對于保證鋰離子電池安全高效的運(yùn)行狀態(tài)是非常必要的。
根據(jù)冷卻策略的不同，BTMS可分為被動冷卻系統(tǒng)、主動冷卻系統(tǒng)和被動與主動相結(jié)合的混合系統(tǒng)。在被動冷卻系統(tǒng)中，沒有任何額外的功耗，但它們也不能控制冷卻系統(tǒng)來改變冷卻速率。在鋰離子電池表面實(shí)施特殊的材料或散熱結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)電池與外部環(huán)境之間的高傳熱能力。典型的例子包括自然空氣對流，相變材料(PCM)和熱管。
被動空氣冷卻的冷卻能力很低，不適合冷卻高能量密度的鋰離子電池。PCM在融凍過程中能夠儲存和釋放大量的能量，近年來受到越來越多的關(guān)注。將PCM裝入BTMS的主要優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)良好的電池溫度均勻性和靈活的幾何形狀。然而，PCM的低導(dǎo)熱性阻礙了電池的散熱速率，在高速率充放電條件下存在嚴(yán)重的隱患。因此開發(fā)出具有優(yōu)異的散熱性能的新能源電車的電池熱管理系統(tǒng)是非常重要的。
02
成果掠影
近期，哈爾濱工業(yè)大學(xué)馮宇教授團(tuán)隊(duì)針對液冷電池熱管理系統(tǒng)(BTMS)取得新進(jìn)展。由于常見的線性流道結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了嚴(yán)重的溫度分布不均勻。該團(tuán)隊(duì)提出了一種具有多通道的新型錐形通道散熱器，以提高電池溫度均勻性，降低BTMS的功耗。團(tuán)隊(duì)分析比較了8種不同設(shè)計的電池最高溫度和溫差、溫度不均分布參數(shù)和功耗性能，同時，分析了延遲冷卻策略對液冷系統(tǒng)溫度均勻性的影響。
展開 動力電池浸沒式冷卻液的熱管理與流變動力學(xué)研究
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XING Mobility推出下一代浸沒式冷卻電池熱管理系統(tǒng)
來源 | XING Mobility官網(wǎng)
近日，先進(jìn)電動汽車電池系統(tǒng)的領(lǐng)先供應(yīng)商XING Mobility憑借其下一代浸沒式冷卻技術(shù)在CES 2024上掀起波瀾。XING Mobility由特斯拉和松下的資深人士創(chuàng)立，自2015年以來一直處于這種改變游戲規(guī)則的電池熱管理方法的最前沿。
浸沒式冷卻是一種改變游戲規(guī)則的電池熱管理方法。XING不依賴傳統(tǒng)的空氣或液體冷卻系統(tǒng)，而是將電池浸入特殊的介電液中。這種流體專為實(shí)現(xiàn)最佳傳熱而設(shè)計，直接包圍并包裹每個電池，確保均勻和快速的冷卻。
XING Mobility在CES 2024上的展示了三個全球領(lǐng)先的技術(shù)：
IMMERSIO?電池到電池組（CTP）架構(gòu)：這種創(chuàng)新設(shè)計擁有高達(dá)200 Wh/kg的重力能量密度和高達(dá)400 Wh/L的體積能量密度，是世界上最高的。這一突破允許在不犧牲空間的情況下顯著提高乘用車的電池容量，從而有效地解決了里程焦慮問題。
IMMERSIO? XM25 電池系統(tǒng)：XM25 是首款量產(chǎn)的浸沒式冷卻電池組，可提供 25 kWh 的功率，可用于車輛和儲能系統(tǒng) （ESS） 應(yīng)用。廣泛的測試確保了其可靠性、環(huán)境適應(yīng)性和高效的功率輸出。
史無前例的安全測試結(jié)果：XING Mobility將展示在100%充電狀態(tài)下對IMMERSIO?電池組進(jìn)行的嚴(yán)格的針刺穿透安全測試的結(jié)果。值得注意的是，浸沒式冷卻技術(shù)成功地控制了熱失控，防止了火勢蔓延。該測試證明了XING Mobility電池無與倫比的安全性和穩(wěn)定性。
XING Mobility在CES上的首次亮相恰逢其戰(zhàn)略性進(jìn)入美國市場。此舉得益于久保田最近的投資和美國政府對清潔能源的關(guān)注，使XING Mobility能夠利用快速增長的電動汽車和工程機(jī)械市場。
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