一般来说,锂离子电池在20-30℃工作最佳,但电池面对的环境往往更加复杂,最低达到-30℃,最高则达80℃甚至更加严苛的温度。这个时候,动力电池的热管理系统就发挥了关键作用,它是保证电池使用性能、安全性和寿命的关键。 动力电池热管理主要分为三个内容。 a.在电池温度较高时进行冷却,保证电池寿命,防止电池发生失火风险。 b.在电池温度较低时进行加热,确保电池低温下的充电性能和安全性。 c.对电池系统进行保温,提高电池热管理效率,减少热管理能耗。 (1)冷却。 电池温度过高,会造成电池循环寿命降低,同时电池在充放电过程中也会发出大量的热,存在失火的风险,电池冷却系统对于保证电池寿命和安全性至关重要。 按照冷却方式划分,电池冷却可以分为风冷和液冷两种方式。 其中,风冷又分为被动风冷和主动风冷,如图所示
图38(a)为被动风冷,利用电动汽车与空气的相对运动,将外界空气引入到电动汽车内部,与电池包的外壳以及内部零件进行换热,使电池降温。
相比于被动风冷,主动风冷增加了一个风扇,通过风扇将空气引入电池包的内部,对电池进行降温,如图38(b)所示,主动风冷的效率会高于被动风冷。
上图所示为动力电池的液冷系统,电池主要由模组组成,模组里面的电芯是电池发热的主要来源,电池的液冷系统一般会在电池模组底部安装液冷板,里面是制冷剂的流道,流有制冷剂,制冷剂会与模组里面的电芯接触吸收热量并通过冷却管路将热量带到电池包的外部;同时制冷剂会与汽车空调系统进行热交换,降温后的制冷剂再通过冷却管路留回电池包内部重新吸收热量,形成一个循环,使电池降温。
相比于风冷系统,液冷系统的制冷剂直接与电池的发热部件电芯接触冷却效率会大大提高,目前大部分的动力电池都采用液冷的方式进行冷却少部分电池(电池能量和尺寸较小)采用风冷的方式给电池降温。
(2)加热。
动力电池在低温时,放电功率会逐步降低,同时低温充电时,锂离子容易在电芯负极形成锂结晶,锂结晶沉积会刺穿电芯隔膜而造成电池内短路引发安全事故。
为了避免这样的事故出现,在低温时需要对动力电池进行加热。目前采用的比较主流的加热方式正好与液冷相反,如图所示,
(3)保温。
动力电池在高温时需要冷却,在低温时需要加热,对电池进行必要的保温,能够降低电池冷却或加热时的能耗,提高电池热管理的效率。
目前电池的保温一般都是采用保温材料,将其贴附在电池壳体或者模组壳体的内部,以降低电池与外界环境不必要的热交换。
