动力电池热管理培训.pptx

新能源汽车动力电池热管理培训 Page 1  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60C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60C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5C。 Safe Safe Page 4 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。 Page 5 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。 Page 7 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。 Page 8 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： Page 10 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