文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123429
相变材料应用于动力电池热管理系统的研究
唐志军1,朱群志2,陆佳伟3,荆树春4
(上海电力学院,上海,200090)
(Tel:**********,E-mail:tangzhijun55@)
摘要:动力电池的热管理技术对于电动汽车的安全运行有着重要意义。介绍了动力电池热管理系统(BTMS)现状,着重总结了采用相变材料(PCM)的热管理系统原理;研究基金项目:国家自然科学基金项目(50976063);上海市科委项目(09DZ1202504);上海市东方学者岗位;上海市曙光计划(09SG51)
空气自然冷却和相变材料冷却方式应用于动力电池的散热效果。实验表明,与空气自然冷却相比,相变材料可以有效降低电池温升,使电池在正常温度下工作,并能保证电池单体间温度均匀性良好。
关键词:动力电池;电动汽车(EVs);电池热管理系统(BTMS);相变材料(PCM)
前言
电动汽车和混合动力汽车由于在能量效率和减低排放方面具有比传统车辆更好的优势,因而得到世界范围内的普遍重视[1]。这些车辆的性能和品质在很大程度上依赖其所配置的动力电池组的性能,特别是动力电池的可靠性能、循环性能和成本等[2]
温度是影响动力电池性能至关重要的因素。当车辆在高速、低速、加速、减速等交替变换的不同行驶状况下运行时,电池会以不同倍率放电,以不同生热速率产生热量,加上时间累积以及空间影响会产生不均匀热量聚集,从而导致电池组运行温度复杂多变[3]。过高的温度会导致电池的容量、寿命和能量效率的降低,若电池积聚的热量无法及时散出,会导致热失控的产生,严重时电池有发生爆炸的危险。
因此,为了使动力电池包发挥最佳性能和延长电池使用寿命,高效的动力电池散热冷却方式显得尤为重要,包含热管理单元的电池管理系统成为决定电动汽车和混合动力汽车电池商业化的关键技术,必须加大研究开发的力度。近年来在国外出现的采用相变材料(PCM)冷却的电池热管理系统展现出良好前景[4],值得引起高度重视。
动力电池热管理系统(BTMS)现状
热管理系统主要是用冷却或加热电池模块的方式来维护电池运行温度稳定和保证电池单体温度一致性。动力电池热行为中最主要的问题是动力电池可能会有明显的温升进而导致热失控,特别对于那些运行温度超过环境温度的状况。
因此,电池的热管理系统主要包括如下5项主要功能:(1)电池温度的准确测量和监控;(2)电池组温度过高时的有效散热和通风;(3)电池组低温条件下的快速加热与启动;(4)保证电池组温度场的均匀分布;(5)有害气体产生时的有效通风[6]。
对于电池热管理类型的选择可以按传热介质进行分类,一般分为:空冷,液冷以及相变材料冷却三种方式[7]。
不使用任何外部辅助能量直接利用车速形成的自然风将电池热量带走的空冷系统简单易行,成本低。主要优点有:(1)结构简单,重量相对较小;(2)没有发生液体泄漏的可能;
(3)有害气体产生时能有效通风;(4)成本较低。缺点在于空气与电池表面之间换热系数低,冷却和加热速度慢[8]。
液冷系统利用液体相对于空气有着较高换热系数,可将电池产生的热量快速带走,达到有效降低电池温度的目的。液冷系统虽然可以显著的降低电池组的温度,但液冷系统在运行工程中将消耗电池组能量,进而导致电