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动力电池热管理培训
新能源汽车动力电池热管理培训
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内部电阻生热导致的电芯温度升高
在高充放电电流下,电芯内部的欧姆热使电芯温度迅速上升。如无合适的冷却,电芯很快就会达
到不安全温度,导致电芯过热。
电池包必须有合适的热管理系统才能正常工作。
MGL-8Ah锂离子电池,15C 放电率
Panasonic-6.5Ah镍氢电池, 15C 放电率
电池包热管理的重要性(1)
Page 3
电池包热管理的重要性(2)
电池包内任一个电芯的温度都不应超过许可的最高工作温度
电芯的最高温度超过60C时就潜在发生因过热导致的的电芯安全性问题。
虽然电芯过热的后果是可能导致整个电池包烧毁,但把电池包内的电芯温度控制在60C以下属于
接近常温的传热问题,在传热学上和散热设计上都算不上是一个很大的挑战。电池包传热设计中
真正有挑战的问题是:
准确地估计电芯的散热量;
合理地选择冷却方式及设计冷却系统;
使电池包内所有电芯间的最大温差及每个电芯的最大温差都不大于5C。
Safe
Safe
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电池包热管理的重要性(3)
电芯温度对电池包安全性和性能的影响
20 45 C是锂电池电芯的理想工作温度区间。这个接近环境温度的温度范围听起来不是什么挑战,
但实际上越接近环境温度,冷却设计就越不容易:电芯温度和环境的温差越小,冷却系统向环境
传热的驱动力就越小;当环境温度等于或高于电芯工作温度时,就必须借助制冷系统冷却电池。
一个电池包可以有近百个或几百个电芯,所以控制这些电芯温度的均匀性不是一件易事:
最热的电芯决定了整个电池包的安全;
最冷的电芯决定了整个电池包的性能;
一个电芯内和电池包内电芯间的最大温差决定了整个电池包的寿命。
电池包热管理是通用在开发Volt时的最大挑战。电池包的造价和安全性问题,及电池包热管理所需
的电池和传热学知识,是做电池包冷却的工程师市场价值高的客观原因。
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锂离子电池的内阻(1)
电芯的内部电阻
锂离子电芯内部的电阻由三部分构成:欧姆电阻,极化电阻,和浓度电阻。
欧姆电阻是电子电流的导电阻力,而极化电阻和浓度电阻是离子电流的导电阻力。
内部电阻的温度和SOC或DOD (= 1 – SOC)的关系主要反映了电池结构及电解质的特性:
温度越低,放电深度越大,电芯内阻就越大。
Page 6
锂离子电池的内阻(2)
10秒高脉冲功率下的直流电阻
锂离子电芯内阻可以有两种方法评估:
1kH的交流脉冲电流作用下的电抗;
由HPPC型谱下直流脉冲电流测得的直流电阻,电流脉冲时间可选择1秒,5秒或10秒。
保守起见,应采用10秒直流电阻计算热量,它综合考虑了电子电流和离子电流的电阻。
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电池包使用过程中热量的生成(1)
电池包使用过程中电芯的生热量
电池包生热可按下式计算
Q = I2 Ri n
I = 是按移动时间窗口 t 计算的每个电芯的平均电流
Ri = 电芯内阻
n = 电池包内电芯的数目
I2t电流的概念
电芯温度对热量的跟随性取决于电芯的热容量。热容量越大,电芯的温度反应就越慢,电芯
的热过载能力就越强。电池包的冷却设计不应以瞬态电流计算,这会导致过设计。电池包冷
却应采用I2t电流计算热量。根据电芯负荷的不同,移动时间窗口 t 可以是30s,60s 或 120s。
为准确反映动态特性,负荷越大,时间窗口就应越小。
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电池包使用过程中热量的生成(2)
I2t电流的计算
电池包使用时的电流随驱动条件及能量管理要求而变化,瞬态电流值可达200A或更高。但瞬态高
电流的持续时间极短,所以不能建立电芯温度和瞬态电流的关系,也就无法根据瞬态电流去设计
电芯的散热。这就是我们通常所说的系统对温度反映的时间常数问题。
实际电芯散热是根据选定的移动窗口通过I2t电流进行计算设计的。下式给出I2t电流和平均电流的
计算公式:
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电芯、模组和电池包在电池包冷却系统中的功能
电芯、模组和电池包在电池包热管理中的作用
电芯:定义了电池包生热,但不能决定电芯温度因无法定义散热边界,是被控制环节。
电化学发生在电芯内部,因而电池包驱动电流和生热的关
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