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从深圳飙车案电动车被撞起火-引发对电动车锂电池液体冷却方法一点思考
作者: 时间:2013-12-16 阅读:

    我个人的观点来看,对电动车来说,关于电池组的热管理最为靠谱的方法是类似于以下的方法。

    从可靠性的角度,我将评估一下tesla的18650圆柱形电池的制造可靠性,和其内部连接的熔丝的可靠性。Tesla的电池组从本质上来看,不具备低成本的可能。这是因为本身18650电池造价较低,但是为了保证小电池之间的串并级联,要付出很多的安全性的考虑。那么多熔丝的连接对于大规模生产来说可能充满很大的难度。Toyota在新能源车上具有很强的实力,但它的电动车计划遭受严重的挫折以后,对大容量电池这块的尝试却是很少的。本质上它的插入式 prius更偏向于混合动力车多一些。

    总结一下这么做的几个特点:

    1.电池包可以做到非常紧凑,中间几乎没有空隙。

    2.抗震和抗冲击性比较好,可以在电池CELL之间添加冲击吸收缓冲材料。

    3.把散热的过程转换为加热过程,使得锂电池在低温下的运行保证了可能。

    4.保证了电池CELL的散热的均匀性。

    5.成本相对较高,主要是在高压泵和聚合物电池的价格上,两者都有很大的降价空间。

    6.安全性,聚合物电池本身的安全性易于管理。

    在SAE的这篇论文中,作者提到了模块冷却的仿真方法 Integrated Simulation Process for the Thermal Management of LiIon Batteries in Automotive Applications

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    总体而言,这篇文章有些偏于理论化,整个设计也存在一些问题。

    在SAE的这篇论文中,较为详细的介绍了聚合物电池的发热评估Thermal Characterization & Management of PHEV Battery Packs(Compact Power, Inc)。

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    关于散热片的内部流道的结构设计也会对水流的分布和散热(加热)的效率产生一定的影响,这直接影响到CELL(这个CELL一般是好几个电池并联的大cell)的各个部分之间温度的不均匀。

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    Delphi关于上半部分所述的方案(电动车锂电池液体冷却方法推荐(上))是有专利的,不知道是否意味着这样的结构不能被使用了(如图1所示):

    由于液体冷却只是把热量从电池组内部搬移出来,因此需要解决更多的问题,GM目前关于这块最为完善的,有兴趣可以参见VOLT的一些散热方面的图。

    武晔卿老师写了两篇导论性的文章:

    《电子产品热设计》

    《电子设备热设计(续)》

    这里想提的一点是,在将工业系统移植入汽车中的过程中的时候,整个电子类产品的热设计(包括电机、电机控制器、DC/DC高压转换和充电器,最为特殊的是电池组)这些部件的散热要求通通需要严格考虑。如同以前曾经总结过的那样,在大热天的情况下,汽车不仅要承受地面高至40度以上的环境温度,还要把乘客舱的热量散出去,在底盘上的这些设备面临着系统性的热管理的风险。

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图1

    我有时候始终无法理解,目前的中国直流充电标准对电动车大巴电池组将会带来多大的伤害,其次无法理解32A的特殊车载的充电器,按照中国的电压,应该是6.6KW,竟然有厂家做出来不是液体冷却的充电器来了;残酷的事实是,为了符合大部分地区和较为苛刻的要求,韩国,日本和美国的供应商在2.2KW以上的充电器等级的时候,都采取液体冷却。这固然和车的系统有关,国内的技术太超前了。

    整个散热系统有着较为系统性的控制要求,特别是对电池来说,需要像保温设备一样,拥有不同的散热控制算法,来保证电池组在合适的温度范围内,保证电池组内的单体的温度均匀性。在分析的过程中,我觉得可能需要通过的几个步骤才能简略的得到一组设计结果:

    1.通过整车的工况,估算电池组需要放电和充电的工况;

    2.使用仿真来验证以上的条件;

    3.通过估算推导在放电和充电条件下电池组产热情况;

    4.考虑系统的选择方案(液冷和风冷); 注:事实上,需要进一步细分,参阅《HEV电池产热与散热考虑》。

    5.以正常值考虑单体电池需要的散热条件;

    6.在既定的散热条件下(液冷为进口水压和温度,风冷为风扇的功率和进风口的空气的温度控制)设计相应的散热片或者散热间隙;

    7.通过流体设计软件来仿真结果。

    这样的步骤可能有些太简单了,对系统的散热设计这方面,我属于刚刚接触的范畴。希望和大家一起交流,提高一下设计水平。

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