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新能源汽车的热管理系统,目前有哪些技术难点呢?

2024-07-11 51199

一.温度对汽车电池的影响

由于温度对电池的性能影响非常大, 一般温度的影响:

1.电池容量的衰减:电池温度越高,锂电池的容量衰减越快,针对温度的测试,在37 ℃和55 ℃的情况下,充放电循环100次1/3C,容量分别衰减40%和70%。

2.电池的热失控:锂电池在充放电过程中,产生的热量会聚集在电池内部无法散出,导致温度和学反应失控,SEI膜分解导致隔膜融化,正负极短路,温度急剧升高,导致电池燃烧/爆炸。

3.电池的低温特性:当电池温度低于于-20 ℃时,锂电池的容量衰减非常明显。低温循环下,不良的电荷转移,会引起锂在负极的析出 / 积聚 / 锂枝晶的行车,一般导致容量损失,严重会刺破隔膜造成短路。

二.汽车热管理系统的难点

由于温度对电池的影响如此之大,那目前汽车热管理的技术难点也将与其相关:

a).如何保证电池在适宜的温度区间工作?

b).如何保证电池模组之间的均温性?

1.电池的工作温度区间

通常新能源汽车的电池为锂离子电池,其最佳温度区间为10~40℃,其最佳工作温度区间为-20~45℃,其能够承受温度区间为-40℃~60℃。当温度在10~40℃温度区间内的时候,其电化学特性表现最好,所以尽量保证锂电池的这个工作温度区。如果温度在-20~45℃内,锂离子电池的寿命会衰减较小,虽然仍能够正常工作。当温度在-20~-40 ℃内时,会导致电解液凝固并阻碍锂离子的流动,提高阻抗的数值,那么电池容量会明显下降,这就是为什么新能源车在冬天,特别是北方的时候,电池续航衰减厉害的原因。如果温度超过60 ℃时候,锂离子的化学特性逐渐不稳定,电池内部的有害化学反应速率较高到甚至会破坏电池,那么严重时会发生事故。

下面展示一下锂电池在在0℃、10℃、25℃和 40℃下以 1C 倍率恒流放电的电压曲线,在 25℃和 40℃时电池放出的电量略高于标称的 50Ah,在电池损失的电量很少,其放电量接近电池的标称容量。当温度降到了 10℃左右,电池的电量减少 1.5Ah,但在温度降到 0℃左右,电池仅能放出约 90%左右的电量。然而若电池长时间工作在较高温度下,电池内部析出气体增多,进而导致电池鼓胀,影响电池的使用寿命。

2.电池模组之间的均温性

保证电池的均温性对新能源汽车至关重要,其可以保证电池的最佳表现,良好续航能力。一般单体电池间的温差应该小于5℃-8℃

那电池厂商为了保证电池单体之间的均温性,在汽车的不同车况下,必须通过对电池的加热与冷却,才能保证电池的正常温差,一般通过电池热管理技保证电池的加热和冷却功能。

那在保证温度均温性之前,我们必须得到电池温度检测的准确信息。

单体电芯是由模组和包体构成,因为其结构和布置的不同,其温度采集位置也是完全不同的,那温度采集点的布置成为关键点。还有一种方法是多布温度采集点,但会增加电池包的负担,其会影响电池能量密度和系统功率

在温度采集完后,下面对不同状态下温度进行监测,通常在电芯上布置温度传感器,它会连接导线到BMU里面的测温电路中,对电池温度进行实时监测。