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常見的電池過熱危害
電池容量的衰減:過熱工作環(huán)境下,鋰離子電池的電化學(xué)反應(yīng)會急速加劇,且電池內(nèi)部的電子轉(zhuǎn)移速度比鋰離子擴散速度快,導(dǎo)致正極容納的鋰離子越來越少,從而降低電池的容量。
電池性能的降低:電池包內(nèi)部過高的溫度會損害電芯的結(jié)構(gòu),例如電極材料和電解液,這也是電池性能和輸出功率能力減弱的根本原因。
循環(huán)次數(shù)減少:在高溫環(huán)境下進行充放電的操作會加速鋰電的老化,從而縮短電池的使用次數(shù)。
熱失控的風險:過高的溫度會降低電池的安全性,增大電池熱失控的風險。這可能導(dǎo)致電池發(fā)生著火等嚴重事故。溫度過高會增大電池熱失控的風險,從而導(dǎo)致電池包發(fā)生著火等嚴重事故。
溫度分布不均勻:電池包內(nèi)部溫度分布不均勻會導(dǎo)致電芯化學(xué)反應(yīng)速度不均勻從而影響電池的性能。
熱管理所面臨的問題
在動力電池的熱管理中,散熱通常面臨著各種條件的約束和限制。以傳熱機制為例:傳導(dǎo)的方式是通過固體物質(zhì)的直接傳遞,而動力電池的電池模塊通常由絕熱材料分隔,限制了熱量的傳導(dǎo)。對流是一種通過接收到熱量的流體的移動來傳遞熱量的方式,在動力電池包,由于空間的限制和復(fù)雜的不規(guī)則形狀使得流動受到限制,導(dǎo)致散熱性能下降。輻射散熱是指機體以輻射方式將熱傳給外界較冷物體的一種散熱形式,在動力電池中不是主要的傳熱機制,散熱效率受到溫度的差異和表面特性的影響。優(yōu)化散熱系統(tǒng)的設(shè)計,合理選擇電池包的材料是解決這些限制的有效方案。
冷板液冷:該種技術(shù)采用冷卻劑作為傳熱介質(zhì),通過冷板與散熱部件進行接觸,冷卻劑在液冷板內(nèi)部流動從而有效的帶走熱量。該種方式具有高熱傳導(dǎo)性,可調(diào)節(jié)性與散熱效率高等特點,但是構(gòu)成較為復(fù)雜,需要冷卻系統(tǒng)并且還有泄露的風險。
相變散熱:指的是利用物質(zhì)相態(tài)變化,施放潛熱的技術(shù),該種散熱方式具有高儲熱密度,定性和可靠性高和無需外部能源等優(yōu)點,但溫度控制難度大且散熱速度較慢,無法滿足動力電池散熱需求。
熱管散熱:熱管散熱是利用傳熱介質(zhì)在內(nèi)部循環(huán)流動的原理,將熱量從熱源傳遞到散熱部件的過程,其優(yōu)點是靈活性與可靠性高,節(jié)省空間,但缺點是降溫效果有限。
熱電技術(shù):熱電制冷是基于熱電效應(yīng)的冷卻方式,是一種基于塞貝克效應(yīng)、帕爾貼效應(yīng)、湯姆遜效應(yīng)產(chǎn)生的冷卻技術(shù)。其穩(wěn)定性和可靠性高,溫度控制精確,但能效比相對較低。
合理的系統(tǒng)布局對新能源車輛的熱管理有著重要的作用,主要有以下四個方面:
散熱路徑的優(yōu)化:布局時須優(yōu)化設(shè)計散熱的流道或路徑,確保冷卻液體能夠有效的將熱量從散熱部件傳導(dǎo)到冷卻板/散熱器,提高散熱效率。
電池包的空間利用:合理的系統(tǒng)布局應(yīng)該充分的利用可用空間,減少接觸面的間隙以免影響熱量的傳導(dǎo)性。
散熱器的位置和尺寸:應(yīng)被放置在散熱部件周圍且有足夠的面積來吸收熱量,減少熱量的聚積。
系統(tǒng)安全系統(tǒng):隔熱的材料,電池包的結(jié)構(gòu)以及熱敏電子元器件的位置應(yīng)該慎重選擇,確保動力電池的安全性能。
熱仿真和分析在新能源熱管理方案中有著非常關(guān)鍵的作用,大部分的動力電池熱管理設(shè)計工作和測試工作都可以在軟件上完成,其很大減少了設(shè)計,制造,測試等繁雜的工作,減少了開發(fā)成本。
在動力電池設(shè)計中,作為專業(yè)的熱管理解決方案提供者,正和鋁業(yè)的工程師會借助熱流體仿真分析來輔助完成熱管理系統(tǒng)的設(shè)計,系統(tǒng)設(shè)計期間,對Pack、模組或電池進行熱場仿真分析,可根據(jù)數(shù)據(jù)挑選出冷卻和加熱方式;冷卻子系統(tǒng)設(shè)計期間,借助仿真的結(jié)論可以確定冷卻通道設(shè)計、冷卻介質(zhì)、冷卻入口溫度和流量等重要部件和參數(shù)。