純電動汽車電池熱管理
關注創建者：匿名 創建時間：2021-12-20
純電動汽車電池熱管理的視頻教程
網絡研討會丨用于電池熱管理的數字孿生技術：如何延長電動汽車的續航里程
網絡研討會丨用于電池熱管理的數字孿生技術：如何延長電動汽車的續航里程 1.結合多個物理域，顯示電池組的復雜系統響應； 2.驗證熱管理和冷卻策略； 3.提高能效，這直接影響到車輛的續航里程。
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新能源汽車電池包熱管理及熱仿真分析案例應用解析
主講新能源汽車電池包熱管理及熱仿真開發流程中涉及到的相關仿真問題 主要包含 1、電池包幾何前處理（風冷電池包幾何前處理、液冷電池包幾何前處理、圓柱電池包幾何前處理、軟包電池幾何前處理）講解，主體講解電池包各大系統在不同仿真應用中的簡化方法，涵蓋風冷、液冷、圓柱、軟包、方形鋁殼等不同方案的組合電池包。依據仿真需求對電池結構進行解析，合理合適的簡化。
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新能源汽車電池/儲能熱管理結構設計進階到高階-十大專題50個技術點掌握熱結構建模核心能力
課程主要從動力電池熱管理以及儲能熱管理分析10個章節共計42講，來系統得闡述熱結構工程師所需要具備的能力及分析處理辦法，使學員能夠從多角度輕松應對職場挑戰。 第一章從動力電池的應用場景角度，分析電池系統熱管理的重要性，要求及熱管理開發思維導圖分析，詳細的講述了動力電池領域熱結構設計占據的重要地位及人才重視程度等。
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純電動汽車電池熱管理的實例教程
摘要：在我國快速發展過程中，對于能源的需求在不斷加大，能源危機和環境污染問題已成全球關注的焦點，新能源汽車順勢而為，純電動汽車采用純電驅動，更加節能、環保。隨著純電動汽車的發展，車輛的安全性、續航里程能力得到了關注，動力電池的性能很大程度上影響著整車性能，為了提升動力電池系統性能，避免熱失控，研究高性能動力電池熱管理系統至關重要。
引言
目前在國內汽車市場上純電動汽車發展迅猛，它所采用的動力電池絕大部分是鋰離子電池，鋰電池技術發展迅速，性價比快速提升。但隨著純電動汽車在社會上大批量投入使用，也遇到了一些問題，比如少量的純電動汽車因為各種原因出現了鋰電池起火，進而導致整車燃燒問題，或鋰電池破裂導致有毒的電解液泄漏到空氣中的問題。鋰離子動力電池的起火燃燒風險，來自于電池的化學能在高溫下瞬間釋放（高壓電擊不在本文討論的范圍），表現為：電池的熱失控和熱擴散引起整車燃燒或爆炸、或者電解液泄漏有毒氣體。本文系統的介紹了這個問題的各個風險環節，并提出對應的風險控制措施。
1 電池熱管理的現狀
通常來說，溫度對動力電池的性能影響比較大，溫度較低的時候，電池內阻較大，容量也變小，充電和放電的能力也變差；在溫度較高的時候，一些電池原料會發生化學反應，比如燃燒或者爆炸。如果電池包里面的電池每個點的溫度分布不均勻，那么單體之間的差異性也比較大，這就會影響到電池包的性能，而且對電池的壽命也會產生很大的影響。因此，對電池包的熱管理系統進行研究，是非常具有現實意義的。在國內，很多鋰電池熱分析都不會對電池在使用過程中的溫度場進行分析，一般都只分析鋰電池的高溫或者低溫時的穩定性能，不知道電池為何會溫度升高。
展開 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。
展開 電動汽車動力電池熱管理技術
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 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。
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在全球能源結構加速轉型的大背景下，新能源汽車產業異軍突起，成為可持續發展的重要驅動力。而作為新能源汽車 “心臟” 的電池系統，其熱管理技術的優劣，直接決定了車輛的安全性、續航里程和使用壽命。電池在充放電過程中會產生大量焦耳熱，若熱量無法及時散發，電池溫度持續攀升，不僅會導致電池性能衰減、容量降低，還可能引發熱失控，造成嚴重的安全事故。因此，高效精準的電池熱管理系統，已成為新能源汽車產業發展的核心技術瓶頸之一
<p><span style="color: rgb(89, 89, 89); background-color: rgb(255, 255, 255);">隨著新能源產業的發展，人們對電池包的安全性和充放電性能要求越來越高，電池包向著高能量密度和大倍率充電的方向發展。為了更精確的評估電池熱管理性能，熱管理的工況越來越復雜，如何把復雜的工況條件轉化為仿真輸入的邊界條件是熱管理仿真工程師的一個巨大的挑戰
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
*精彩直播預告
鋰電池作為主要動力電源之一已被廣泛應用于各個行業，因其高能量的特點，預防電池熱失控進行電池熱管理控制一直是被企業重點關注的問題。為了保證鋰電池的最佳性能、安全性和使用壽命，鋰電池必須在特定的溫度范圍內工作，而如何有效的預防鋰電池熱失控進行熱管理是企業面臨的嚴峻挑戰。海克斯康工業軟件旗下的Cradle CFD軟件可以為電池熱失控和熱管理提供全新解決方案
汽車電池熱失控是指電池在特定條件下，?內部溫度急劇上升，?導致電池無法控制地進入不可控狀態，?嚴重時可能引發電池自燃甚至爆炸。?這種狀態通常由幾個關鍵因素引起，?包括過熱、?過充、?內短路和碰撞等。?當電池的熱失控達到一定溫度后，?電池內部的溫度會直線上升，?從而導致燃燒爆炸。
我們時不時會在新聞中看到電動汽車起火的事故，電動汽車起火事件中，很多時候都與汽車電池有關。作為電動汽車的“心臟”，電池組的設計
動力電池是什么？
動力電池即為工具提供動力來源的電源，多指為電動汽車、電動列車、電動自行車、高爾夫球車提供動力的蓄電池。動力電池是新能源汽車的核心部件，也是未來能源轉型的重要方向。?
動力電池對電流要求較高，?容量相對較大，?同時要求重量越輕越好。?動力電池的工作原理基于高能量和高功率、?高能量密度等特點，?能夠通過放電給設備、?器械、?模型、?車輛等驅動。?根據使用對象的不同，?電池的容量可能達不到單位
因為高溫會使電池的循環壽命明顯降低，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
自然冷卻是最基礎和最簡單的冷卻方式，?是依賴環境溫度進行散熱的被動方式，?利用空氣的自然對流來散熱，不需要額外的能源輸入。
?這種方式優點是成本低、?無能耗且不需要額外空間，?缺點是散熱效率較低，?
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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
作者丨劉西，余磊，胡遠志(重慶理工大學汽車零部件先進制造技術教育部重點實驗室)
摘要
來源 | Journal of Energy Storage
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背景介紹
電動汽車在緩解氣候變化和排放污染問題方面發揮著重要作用。鋰離子電池作為電動汽車的動力源和儲能系統，具有高電壓、高功率和能量密度、長循環壽命和高安全性的優良性能。然而，大量研究和實例已經證實，受環境溫度影響，電池的循環壽命和充放電倍率面臨著嚴峻的挑戰
