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簡述動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)

鉅大LARGE  |  點擊量:3892次  |  2019年07月09日  

特斯拉又有又雙叒叕發(fā)生自燃了,在廣州市天河區(qū),一輛特斯拉Model S發(fā)生自燃,車輛損失嚴重,而這距離上一次特斯拉Model S在美國碰撞后自燃還不到兩個月。


特斯拉發(fā)生自燃事件已經(jīng)不是一次兩次了,每次也都引起了極大的轟動,而結(jié)果往往都是不了了之,特斯拉并沒有公布汽車自燃的原因。


事實上,人們關(guān)注的不僅僅是特斯拉的自燃問題,更多的是新能源汽車安全性的問題,畢竟特斯拉在新能源汽車市場算是旗幟一般的存在,如果特斯拉的產(chǎn)品不能夠令人信任,那么消費者在面對新能源汽車時自然會有顧慮。


新能源汽車的安全性一直都受到極大的關(guān)注,而大家的關(guān)注點也都是跟電池相關(guān)的,包括起火爆炸、漏電、涉水、輻射等等。其實,車企在研發(fā)新能源汽車的時候會將這些問題考慮在內(nèi),為了安全會解決問題或者在某些方面做出妥協(xié)。


在這里,我們主要了解動力電池的冷卻系統(tǒng),冷卻性能的好壞會直接影響電池的效率,同時也會影響電池的壽命和使用安全。


動力電池在充放電的過程中會產(chǎn)生一定熱量,從而導(dǎo)致溫度上升,溫度升高會影響電池的很多特性參數(shù),如內(nèi)阻、電壓、可用容量、放電效率和電池壽命等等。


為了盡可能延長動力電池的使用壽命并獲得最大功率,需要在規(guī)定溫度范圍內(nèi)使用電池,這就涉及到動力電池的冷卻系統(tǒng)。


目前新能源汽車動力電池系統(tǒng)的熱管理主要可分為四類,自然冷卻、風(fēng)冷、液冷和直冷,其中自然冷卻是被動式的熱管理方式,而風(fēng)冷、液冷和直流是主動式的,而這三者的主要區(qū)別在于換熱介質(zhì)的不同。


自然冷卻


自然冷卻沒有額外的裝置進行換熱,通俗的講就是靠自然風(fēng)吹,例如比亞迪秦、唐以及騰勢等采用LFP電芯的車型上都采用了自然冷卻。


自然冷卻的優(yōu)勢是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、占用空間較小,缺點也比較明顯,散熱效率低,無法適應(yīng)大功率充放電的冷卻需求,一般只用于運行工況緩和、對成本敏感的電動汽車。


風(fēng)冷


在市面上所售的新能源電動汽車中,風(fēng)冷的比重仍然較大,是目前新能源汽車動力電池中應(yīng)用較為廣泛的散熱技術(shù)。


風(fēng)冷采用空氣作為換熱介質(zhì),原理是利用散熱風(fēng)扇將來自車廂內(nèi)部的空氣吸入動力電池箱,以冷卻動力電池以及動力電池的控制單元等部件。像豐田普銳斯、本田Insight、凱美瑞混動版以及卡羅拉雙擎等車型都采用了風(fēng)冷式的電池冷卻系統(tǒng)。


與其它技術(shù)相比,風(fēng)冷技術(shù)相對簡單、安全維護也比較方便,能夠在低成本的情況下,達到良好的散熱性能。


不過,風(fēng)冷技術(shù)的劣勢也非常明顯,尤其是與液冷技術(shù)相比,它與電池表面之間的熱交換系數(shù)低,冷卻、加熱的速度仍然比較慢,電池箱內(nèi)部溫度均勻性不容易控制,且電池箱的密封設(shè)計較難,防塵防水效果較差。不得不說的是,一些電動汽車起火事件,就是由于風(fēng)冷技術(shù)的熱管理性能比較差。


液冷


隨著使用環(huán)境對動力電池的要求越來越高,液冷技術(shù)也逐漸取代風(fēng)冷技術(shù)成為各大車企的優(yōu)先選擇,尤其是在大中型純電汽車中,液冷系統(tǒng)的使用率非常高,在小型純電動汽車乃至插電式混合動力汽車中,應(yīng)用液冷的新車型也越來越多。


液冷技術(shù)的原理是通過電池包內(nèi)部的冷卻液來帶走電池在工作中所產(chǎn)生的熱量,以達到降低電池溫度的效果。


簡單來講,液冷系統(tǒng)技術(shù)在電池包里穿過一個水管,需要為電池降溫的時候就往水管里通冷水,通過冷水帶走熱量降溫,而需要升溫的時候就往水管中通入熱水。


液冷系統(tǒng)對電池包的溫度控制效果要優(yōu)于風(fēng)冷系統(tǒng),液體介質(zhì)的換熱系數(shù)高,熱容量大、冷卻速度也更快。


據(jù)了解,目前特斯拉Model S、帝豪EV、江淮IEV6E等都采用了液冷技術(shù),值得一提的是江淮IEV6E運動版是國內(nèi)首款采用液冷技術(shù)的微型純電動汽車,它所裝配的液冷式電池溫控系統(tǒng),可以將電池溫度控制在15-35℃之間,在-30-55℃的環(huán)境下都可以正常使用相當(dāng)出色。


直冷


最后要說的是直冷系統(tǒng),直冷系統(tǒng)與液冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類似,但直冷會直接將汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑注入電池包內(nèi)部,制冷劑在氣液相變過程中能夠吸收大量的熱,更快速的帶走電池內(nèi)部的熱量,散熱效率更高。


直冷采用制冷劑作為換熱介質(zhì),制冷劑能夠在過程中吸收大量的熱。直冷相比液冷能夠?qū)Q熱效率提升三倍以上,更快速的將電池系統(tǒng)內(nèi)部的熱量帶走。寶馬i3中便采用了直冷的方案。


直冷系統(tǒng)提高了換熱效率,但也有缺陷,它對系統(tǒng)的氣密性要求較高,對生產(chǎn)制造工藝提出了更高的要求,再就是直冷系統(tǒng)的散熱均勻性不易控制,電芯溫差存在過大的風(fēng)險。


此外,直冷系統(tǒng)只能夠集成散熱的功能,不具備加熱的功能,需要另外安裝一套獨立的加熱系統(tǒng)來應(yīng)對冬季的低溫。


在新能源汽車發(fā)展的早期,市場上多以A00與A0級車型為主,這些車型對性能的要求不高,多為城市上下班通勤使用,而且受限于成本,往往會采用自然冷卻或者是風(fēng)冷。


但是隨著新能源汽車的發(fā)展,市場的進一步推廣,新能源汽車市場的結(jié)構(gòu)在逐漸趨向成熟,A級車以上的市場份額逐漸提升,同時對續(xù)航里程、能量密度、電池容量與充電速度等提出更高的要求。


隨著電池能量密度越來越高,電池的安全性問題也要引起格外的重視,因為熱失控后的負面影響會比較大,而液冷系統(tǒng)在換熱效率、控制溫度升高與降低以及NVH等方面都有不錯的表現(xiàn),或許會得的更廣泛的應(yīng)用。


新能源汽車發(fā)展已經(jīng)進入到白熱化的階段,對于電池技術(shù)的要求越來越高,而熱管理系統(tǒng)對電池的安全性能夠發(fā)揮極大的作用,它快速的發(fā)展也能夠讓新能源汽車處于更好的進步中。


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