一、熱管理設計流程
客戶輸入
冷卻要求:
高溫環(huán)境,告訴工況冷卻,電池溫度不允許超過45攝氏度;
高溫環(huán)境,爬坡工況(10%坡度)冷卻,電池溫度不允許超過45攝氏度;
高溫環(huán)境,快充工況冷卻,電池溫度不允許超過45攝氏度;
加熱要求
-20攝氏度低溫環(huán)境,加熱至0攝氏度,時間30min;
-30攝氏度低溫環(huán)境,加熱至0攝氏度,時間50min;
溫差要求:冷卻:<5攝氏度,加熱:<10攝氏度;
保溫要求:高溫和低溫24H溫度保持情況
根據(jù)客戶輸入轉化為不同工況電池的充放電倍率發(fā)熱功率。
發(fā)熱功率估算
電池發(fā)熱功率的表達式為:
式中:U為電池開路電壓;I為電池電流;V為電池負載電勢,以上三項分別表示不可逆內(nèi)阻熱、可逆熵熱和混合熱。
隨后Thomas和Newman證實,在電池的設計過程中,如果減小極化濃度差,混合熱可以忽略不計,公式(1)簡化為:
目前多采用此方法,但是根據(jù)發(fā)熱功率影響因素一定要確定哪個SOC、哪個溫度、哪個充放電倍率下的內(nèi)阻。
一般情況下會給出50%SOC25℃1C充放電下的內(nèi)阻,但在充放電末端內(nèi)阻值會變大,發(fā)熱功率也會變大,目前該方法在儲能領域用的比較多。因為儲能充放電策略相對來說比較單一。
其他發(fā)熱功率估算方法:
目前工程用的比較多得方式利用 測試得到得DCR隨著soc和T轉化為發(fā)熱量。
發(fā)熱功率估算
電芯溫度情況
熱管理初步設計—導熱
導熱材料主要關注點:
導熱性能、密度、阻燃性能、絕緣性能、熱穩(wěn)定性、壓縮回彈性、拉伸和耐磨性能、粘接性、使用溫度、耐久性
在模塊中應用石墨片后對加熱速率影響不大,沒有加快加熱速率;
使用石墨片后加熱過程溫差變小,極柱間溫差可減小近2攝氏度,電池組最大溫差可減小1.5攝氏度,均溫效果明顯。
熱管理初步設計—散熱
仿真分析
根據(jù)邊界輸入,進行流場和溫度流場仿真,包括壓力情況、速度情況、流量情況、不同工況的溫度情況。
實驗驗證
實驗驗證:
1、對模擬結果進行驗證;
2、了解熱管理真是性能;
3、比較模擬和實驗結果差距;
4、根據(jù)結果分析,提出優(yōu)化方案。
隔熱保溫設計
從目前電池系統(tǒng)的發(fā)展趨勢來看,采用液冷系統(tǒng)越來越多,因此箱體隔熱設計越發(fā)重要。
意義:
1、保持系統(tǒng)內(nèi)部溫度,有利于低溫充放電,延長使用壽命;
2、保持系統(tǒng)內(nèi)部溫度,降低高溫路面熱輻射對系統(tǒng)內(nèi)部溫度的影響;
3、外部出現(xiàn)火燒或者高溫時,保持電池包內(nèi)部正常溫度,延緩電池熱失控,提高安全性;
4、在電芯發(fā)生熱失控時,能起隔熱作用,抑制熱擴散,延緩事故發(fā)生;
5、在電芯發(fā)生齊活時,延緩火勢蔓延,增加逃生時間。
常見保溫材料:
泡棉(包括PU、CR、EVA和PE等)、絨毛毯、二氧化硅氣凝膠、發(fā)泡硅膠、成瓷隔熱片、石墨烯隔熱等。