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新能源汽車熱管理設計方案關鍵要素解析

目錄:導熱材料行業動態星級:3星級人氣:-發表時間:2018-07-06 14:58:00
RSS訂閱 文章出處:跨越電子導熱硅膠片網責任編輯:NSW作者:NSW

動力電池熱管理系統的設計,是保障電池運行安全的決定性外在因素。也是提升電池系統壽命等性能指標的關鍵所在。它直接關系到電池系統最終的成敗,可以一票否決設計成果。

在車用動力電池系統早期的設計中,不乏以電池布置為主。打開箱體,滿滿當當的都是電池,熱管理設計難覓蹤影或被弱化,沒有作為關鍵環節對待。近些年,這種情況發生了根本變化,動力電池從功率角度、環境適應性,對電池系統提出了更高的要求,熱管理被賦予了新的使命和要求,并且逐漸成為動力電池組研發、設計、組裝、運行過程中不可或缺的重要環節。

電池溫點布置需標定

不管是圓柱電芯、方形電芯還是軟包電芯,都是由多層極片疊加而成。下面是目前日常眾多電池常見相關材料熱導率(導熱系數)如圖:

 

從表中材料角度,電芯成分和金屬材料,差距非常大。也就是說,讓電池表面的溫度,傳熱到最內層,時間長度很長。更為重要的是,均溫特性,會變得非常差。從電池加工工藝角度分析,還有更多的差異影響著傳熱、均溫,具體電池溫度分布特點如下:

1、同一片極片存在溫差,這主要是由于電池涂布厚度工藝差距所導致的。

2、疊片工藝不同傳熱途徑不同,疊片傳熱是沿著疊層的垂直方向。

3、極耳溫度不完全代表極片的中心最高溫度,極耳通過連接片與極片相連,工藝、材料是有差異性的。

通過上面分析對比,單體電芯上溫點采集布置,是不確定的。同時,單體電芯組成的模組、包體,因結構設計、布置的差異,也是完全不同的。

需要通過標定完成溫點的布置設計。如,Leaf電池系統有4個采集點,分布于箱體的不同位置。僅從采集數量上看,日產是很自信的。但其背后,完成了多少輪實驗,這種開發難度之大,開發過程之艱辛,估計是很多用戶所不了解的。

導熱界面材料應用選擇

(1)用在電芯之間的作用。導熱、隔熱。對于很多人來說聽起來似乎是有些矛盾。但是動力電池導熱材料在應用中,的確也是游離在其矛盾的邊緣上。在正常運行,充放電過程中,動力電池在導熱材料的選擇中一般都是選擇能盡快把熱量傳導出來,這樣才能保證系統的均溫特性可以得到保證。但是當發生故障,如短路、熱失控,動力電池又需要進行絕熱處理,讓相鄰電芯免受株連。 

動力電池導熱材料

(2)當導熱材料運用在電池和導熱板之間的時候,不僅僅要求其導熱性好,還需要導熱均勻,絕緣性好,這聽起來也是一對矛盾。

從材料角度,材料的導熱性和絕緣性能因制作時添加不同成分進行取舍,其性能天平會有傾斜。下面是導熱硅膠片,應用在動力電池電芯與電芯,電池與導熱板之間。

新能源汽車導熱材料

系統箱體的局部隔熱

從安全角度,隔熱作用對于電動汽車的安全性作用也是很大的,一旦發生電池系統故障燃燒,能起到對乘員艙緩解和保護作用。目前,箱體還做不到完全隔熱設計,但是,隨著越來越多隔熱材料的不斷面世,對于動力電池箱體以及內部的隔熱設計也日趨完善。隔熱棉在箱體動力電池中的應用。

新能源汽車隔熱材料

自然冷卻更需注重熱管理設計元素

目前很多朋友還認為自然冷卻是依靠風速冷卻,無需太多主動的熱管理設計元素,但是這樣的想法是錯誤的,相對于液體冷卻采用自然冷卻的動力電池在熱管理細節處理上需要更為注重。其中可以通過以下兩個自然冷卻方式的細節處理一窺一二。

(1)當采用自然冷卻的時候,電芯之間間距相對于采用液冷系統是加大的。從自然對流的角度,電芯間隙5~10mm才能形成有效通道。同時,模組之間,模組和箱體之間,保留了很大的對流通道。通過實驗數據表明空隙容積率在40~50%,自然冷卻的效果是最為理想的。

(2)相對液冷,風冷電池系統外箱體氣流的需要考慮導流通道,當電池充放電倍率在1-2C(電池放電速率),使用環境溫度也滿足需求。使用自然冷卻是合理的。這種冷卻方式電池箱體就會自然變成了一個“散熱片”。車輛移動時,箱體外形對氣流的導流是需要更為精細設計的,另外電池箱體與車身結合的間隙也是有一定的要求標準。

(本文內容轉載于第一電動網 作者:平全文 )

此文關鍵字:新能源汽車 熱管理 要素
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