溫度對動力電池性能的影響以及電池包溫度控制方法

1、溫度對動力電池性能的影響溫度對動力電池性能的影響以及電池包溫度控制方法以及電池包溫度控制方法報告人：溫度對動力電池性能的影響 動力電池工作電流大，產(chǎn)熱量大，同時電池包又是一個相對封閉的環(huán)境，這會導(dǎo)致電池溫度的上升。磷酸鐵鋰電池的工作溫度要求在60以下，而夏季室外溫度已接近40，同時電池本身產(chǎn)熱量大，這將導(dǎo)致電池工作環(huán)境溫度過高。溫度對動力電池性能的影響 電池溫升的一個主要原因是電池內(nèi)阻引發(fā)的溫升。 對于鋰離子電池來說電池內(nèi)部熱量包括反應(yīng)熱、極化熱和焦耳熱。反應(yīng)熱在充電時為負(fù)值，在放電時為正值，焦耳熱由電池內(nèi)阻產(chǎn)生。當(dāng)電池溫度達(dá)70-80時,反應(yīng)熱占了電池總產(chǎn)熱量的很大比例;而在小于上述溫度放電

2、時,焦耳熱占的比例較大。電池內(nèi)阻與溫度及SOC存在密切關(guān)系：溫度對動力電池性能的影響其中R /R0為電池實際內(nèi)阻與標(biāo)稱內(nèi)阻（25，SOC=0）比值。 在常溫附近, 溫度對鋰離子電池和鉛酸電池放電容量的影響沒有顯著的差別, 但在0以下,鋰離子電池放電容量下降得比鉛酸電池要快。同時, 在低溫條件下, 車輛的起動性能會變差, 因而純電動汽車上的鋰離子電池組要有保溫措施。溫度對動力電池性能的影響 當(dāng)溫度由18下降到0時, 150Ah 單體磷酸鐵鋰電池的內(nèi)阻增加1倍; 當(dāng)溫度下降到-10時, 電池內(nèi)阻增加2 倍; 但鉛酸蓄電池在溫度由20下降到-10時, 內(nèi)阻只增加40%。顯然, 在耐低溫影響方面,鉛酸

3、蓄電池要優(yōu)于磷酸鐵鋰電池。各種燃油汽車都使用鉛酸電池作為起動電源, 可能與此關(guān)。溫度對動力電池性能的影響溫度對動力電池性能的影響 這一現(xiàn)象主要與兩種電池使用的電解液有關(guān)。磷酸鐵鋰電池使用的是有機(jī)電解液, 導(dǎo)電性遠(yuǎn)比鉛酸蓄電池使用的H2SO4 電解液差（近200 倍）, 且在0以下時, 導(dǎo)電率下降很快。此外, 在低溫下充電, 會導(dǎo)致電極表面固體電解質(zhì)相界面（SEI）膜增厚, 使其電阻增加。溫度對動力電池性能的影響 近年來許多人實際取得的鋰離子電池組的循環(huán)壽命數(shù)據(jù), 要遠(yuǎn)低于以前人們所宣稱的1000次。尤其是在環(huán)境溫度下降或升高時, 循環(huán)壽命下降得更快。引起鋰離子電池循環(huán)壽命快速下降的原因, 除了

4、各單體電池不均勻外, 也與電池內(nèi)阻隨循環(huán)次數(shù)的增加而迅速增加有關(guān)。溫度對動力電池性能的影響 另外，由于發(fā)熱電池體的密集擺放，中間區(qū)域必然熱量聚集較多，邊緣區(qū)域較少則增加了電池包中各單體之間的溫度不均衡，這將造成各電池模塊、單體性能的不均衡，最終影響電池性能的一致性及電池荷電狀態(tài)（SOC）估計的準(zhǔn)確性，影響到電動車的系統(tǒng)控制。 同一種蓄電池在不同溫度下熱耗率（每產(chǎn)生1kWh的電能所消耗的熱量）是不一樣的，這是因為電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)與溫度密切相關(guān)。周圍環(huán)境溫度較低，蓄電池運(yùn)行時會自身反應(yīng)產(chǎn)生的熱量較多。在蓄電池正常運(yùn)行溫度范圍內(nèi)，環(huán)境溫度越高蓄電池自身產(chǎn)生的熱量相對越少，所消耗的化學(xué)能越少，效率較

5、高。 所以，除了給電池降溫外，在外部環(huán)境較低時還要適當(dāng)?shù)募訙?。溫度對動力電池性能的影響溫度對動力電池性能的影?總之，電池產(chǎn)生的熱量主要取決于電池的類型、電池工作狀態(tài)（充電/ 放電）、電池荷電狀態(tài)（SOC）及環(huán)境溫度條件等。同時，電池的工作環(huán)境溫度又會影響電池的內(nèi)阻、熱耗率、放電容量、循環(huán)壽命、狀態(tài)的一致性等。溫度調(diào)節(jié)方法 如果電池在絕熱或高溫等熱傳遞不充分的內(nèi)部環(huán)境中運(yùn)行，電池溫度將會顯著上升，從而導(dǎo)致電池內(nèi)部形成“熱點”，最終可能產(chǎn)生熱失控。鋰離子電池在熱方面的核心問題是怎樣避免整個大型電池包體系內(nèi)部溫度的顯著上升和由此產(chǎn)生的熱失控。熱管理的主要有如下幾個功能：1.保持電池的溫度均衡；2.

6、降低電池包中溫度分布不均；3.消除與失控溫度有關(guān)的潛在危險；4.提供通風(fēng)，保證電池所產(chǎn)生的潛在的有害氣體能及時排出；溫度調(diào)節(jié)方法 對于電池包溫度傳感器而言，對于不同的電池包結(jié)構(gòu)傳感器應(yīng)放置在不同測溫點位置，且需求數(shù)量不一。溫度傳感器應(yīng)該放置在最具代表性，溫度變化幅度最大的地點，例如空氣的進(jìn)出口位置以及電池包的中間區(qū)域。特別是最高溫和最低溫處，以及電池包中心熱量累積較厲害區(qū)域。溫度調(diào)節(jié)方法溫度調(diào)節(jié)方法 溫控方式有主動方式和被動方式兩種。 采用主動方式還是被動方式的加熱和散熱，效率會有很大差別。被動系統(tǒng)所要求的成本會比較低，采取的設(shè)施也會相對較簡單。主動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就相對復(fù)雜一些，且需要更大的附加功率

7、，但它的熱管理會更加有效。降溫調(diào)節(jié)方法 降溫調(diào)節(jié)的換熱材料主要有：空氣、水、變相材料 空氣的傳熱系數(shù)最小，換熱效果不如水明顯，同時運(yùn)用空氣被動調(diào)溫系統(tǒng)，環(huán)境空氣必須在一定溫度范圍(10-35)中才能正常進(jìn)行熱管理，在環(huán)境極冷或極熱條件下運(yùn)行電池包可能會產(chǎn)生更大的不均勻。結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕；有害氣體產(chǎn)生時能有效通風(fēng)，成本較低。降溫調(diào)節(jié)方法空冷主要有并行和串行兩種通風(fēng)方式。降溫調(diào)節(jié)方法 使用水作為傳熱介質(zhì)，需要考慮到導(dǎo)電性，安全性，還有密封性，以及以后的維修方便性，還要考慮到電池包整體的重量。相變材料(例如液體石蠟)的傳熱蓄熱能力最強(qiáng)，且在達(dá)到相變溫度時可以大量吸熱或放熱而不升溫降溫。通過選用合適的

8、相變材料能夠使電池單體有效地達(dá)到熱平衡，很好的控制電池溫度上下限，避免產(chǎn)生溫度過高過低的現(xiàn)象，但是成本較高。 目前考慮到電池包熱管理結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，大多采用的是結(jié)構(gòu)簡單的風(fēng)冷方式。且考慮到散熱的均勻性大多采用的并行通風(fēng)方式。如豐田普銳斯的風(fēng)冷設(shè)計就非常具有代表性。通過抽取式風(fēng)扇把從空調(diào)中引進(jìn)的冷卻氣流吸入電池包，氣流流經(jīng)電池包后對電池進(jìn)行有效地散熱，最后由風(fēng)扇抽出車外。降溫調(diào)節(jié)方法升溫調(diào)節(jié)方法 由于電池包中流速及空問的限制，且氣態(tài)空氣將熱量傳導(dǎo)到固態(tài)電池上效率較低，且各處流速不均，很難保證均勻傳熱，因此更多采用其它方式，如加熱扳加熱、發(fā)熱線纏繞加熱，電熱膜包覆加熱等方式。結(jié)構(gòu)最簡單的加熱方式就是在電池包上下添加加熱板實行加熱，還有就是在每個電池列前后纏繞加熱線，或者利用加熱膜（如金屬電熱膜，碳基電熱膜等）整個包覆在電池四周進(jìn)行加熱。 電池加熱所運(yùn)用的能量也是由電動汽車電池包中的能量來源提供的，因此必需考慮到加熱能量利