一、熱管理設(shè)計(jì)流程
客戶(hù)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(guò)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(guò)45攝氏度;
高溫環(huán)境,快充工況冷卻,電池溫度不允許超過(guò)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(shí)間30min;
-30攝氏度低溫環(huán)境,加熱至0攝氏度,時(shí)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(hù)輸入轉(zhuǎn)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(dá)式為:
式中:U為電池開(kāi)路電壓;I為電池電流;V為電池負(fù)載電勢(shì),以上三項(xiàng)分別表示不可逆內(nèi)阻熱、可逆熵?zé)岷突旌蠠帷?/span>
隨后Thomas和Newman證實(shí),在電池的設(shè)計(jì)過(guò)程中,如果減小極化濃度差,混合熱可以忽略不計(jì),公式(1)簡(jiǎn)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(gè)SOC、哪個(gè)溫度、哪個(gè)充放電倍率下的內(nèi)阻。
一般情況下會(huì)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(huì)變大,發(fā)熱功率也會(huì)變大,目前該方法在儲(chǔ)能領(lǐng)域用的比較多。因?yàn)閮?chǔ)能充放電策略相對(duì)來(lái)說(shuō)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(cè)試得到得DCR隨著soc和T轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)—導(dǎo)熱
導(dǎo)熱材料主要關(guān)注點(diǎn):
導(dǎo)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(yīng)用石墨片后對(duì)加熱速率影響不大,沒(méi)有加快加熱速率;
使用石墨片后加熱過(guò)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(shè)計(jì)—散熱
仿真分析
根據(jù)邊界輸入,進(jìn)行流場(chǎng)和溫度流場(chǎng)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:
1、對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證;
2、了解熱管理真是性能;
3、比較模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果差距;
4、根據(jù)結(jié)果分析,提出優(yōu)化方案。
隔熱保溫設(shè)計(jì)
從目前電池系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,采用液冷系統(tǒng)越來(lái)越多,因此箱體隔熱設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(duì)系統(tǒng)內(nèi)部溫度的影響;
3、外部出現(xiàn)火燒或者高溫時(shí),保持電池包內(nèi)部正常溫度,延緩電池?zé)崾Э兀岣甙踩裕?/span>
4、在電芯發(fā)生熱失控時(shí),能起隔熱作用,抑制熱擴(kuò)散,延緩事故發(fā)生;
5、在電芯發(fā)生齊活時(shí),延緩火勢(shì)蔓延,增加逃生時(shí)間。
常見(jiàn)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。