楼主 电池包热管理到底是什么,它的意义是什么?
发表于2022-04-25 18:33:37查看 297回复11浏览 297

电池热管理就是给电池包配个「空调」,以实现如下功能:

散热:温度过高时,电池会折寿(容量衰减),暴毙(热失控)风险增加。因此,温度过高时,就需要散热。
加热:温度过低时,电池会折寿(容量衰减)、衰弱(性能衰减),若此时充电还会埋暴毙隐患(析锂导致的内路存引发热失控风险)。因此,温过低时,就需要加热(或温)。
一致性:我还记得90年的早期空调,启动起来就阵冷猛吹,吹完就歇一会。而如今的空调,多具了变频与环绕吹风功能,目的就为了持温在时与空两个维度上一致性。类似地,力电池也需要尽可降低度在空间上差异性。
上就「通俗易懂」地说说了。那么「展开讲讲」呢?「开讲讲」就复杂,咱们挑重说一

凯迪拉克 Lyriq电池马

散热与温度一致性

从原理上讲,电池包那么大坨的扁平金属体,工作时放电倍率也不高,自身产热是相当少的,要想把整个电池包弄成过热状态,也是很困难的。那么,散热是指什么问题呢?

电芯Cell组成了模组Module,模组Module组成了电池包Pack。整个电池包的平均温度不高,但难保某个电芯的温度略高于平均。

这就涉及到「不患寡而患不均」的问题了,一个社会中穷人太穷、富人太富,就可能带来动荡变革。然而,电池包里的个别电芯只是「略」高于平均啊,也会出问题吗?

个别电芯温度高一点没关系,成不了气候,时间长了就被周边芯给「冰」回来了。关键问题是,温度高,芯里会产生副反应;这些副反应多是放热的,然后致温更高。

度高 → 副反应 → 度更 → 新的副反应 → 度更 …… 链反应到达某临界之前,还可称为「热堆积」;到达临界点之后,形势就法逆转,就成了「热失控」了。

个别电芯的热失控放出大量热,把周围的电芯也加热到临界温度,后果可想而知 —— 因此,我们看到的电动汽车惨烈的电池事故,几乎都是「千里之堤溃于蝼蚁」的故事。

所以说,从电池包的整体来说,散热就不太需要关心的事情,但我们需要防止局部过热。具体来说,要防止某个电芯过热,甚至更细一些,防止电芯的某个部位过热。

比如说,通用汽车还给单节电芯设计过一种「毛细血管」散热,证单体电芯局部不过热,这相当黑科技,甚至有点了。

散热的主要任务不是防止整体过热,而是防止局部过热。这思路就和温度一致性问题相似了,所以我就将两个问题放在一起讨论了。

保证电池温度一致性,还是挺难的。 因为外界环境忽冷忽热,导热流体的线路也是固定的,这就成了芯间温度像琴弦样此起彼伏:

要解决这个问题,思路有两个。

思路一是设计合理的流道。举一个简单的设计迭代例子:

图(a)是最简单的设计,冷却载体(风冷为空气、液冷为水或冷却液)从左向右流动,这会带来一个问题:右侧的冷却液温度较,散热效果较差,右侧体电池的温就会显著高最左
图(b)进行一些良,楔形流道使得右侧的冷却载体流速加快,对冲了冷却液度较的因,从而使得效果好图(a)。问题是池包部是土寸,楔形的角不可设计得很大,所以这种设计的效也不会比图(a)太多。
图(c)设计一个往复流道,冷却液周期性地变流向,从而削弱一半温度异。然而,这种方案也有价,如果是冷可使用扇交替吹风来实现,但如是液冷,在工程上就很难现。

以上只是简单例子,实际情况就要利用流体力学、传热学仿真与工程实践,做成结果就是特斯拉这样子的:

思路二是使用导热效率更高的冷媒。晚秋时节穿个单衣,走在路上还可以忍;但跳到10来度的游泳池里,一般人抗不过10分钟,为什么? 因为水冷比风冷效率更高。

行业里,一开始风冷与水冷都有,现在以水冷为主了。

加热
散热,防的是局部过热。加热有所不同,它防的是电池包整体太冷,讲究的就是一个「大力出奇迹」的问题。

已经是大力出奇迹了,就要实打实地产生相应的热量,来不得半点虚的。尽管如此,也是有不同技术路线的。

第一种就是PTC加热,1电能转换成1度热
第二种热泵空调,1度电概能转换成2度热
第三种电机热利。咱们都说机比动机,就因为效率高;不幸是,机效越高,余热就越少…… 就说余热利用,涉及到管道泵阀的计,同车企的水平差异还是很的。

第四种就是加装柴油制暖器,既能给座舱制暖也能给电池制暖。这属于作弊一般的土方法了,但很有效。好处是,你可以开一个电动汽车,名正言顺地去加油站加柴油了!