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動力電池散熱詳解

動力電池散熱詳解

發布時間:2018-07-18 點擊次數:4432次 類別:動力電池散熱詳解

動力電池的性質深受溫度因素的影響,放電效率隨溫度的變化而變化,從而影響到電動汽車的性能。

目前鋰電池的工作溫度范圍寬為-20℃-60℃。在低溫環境下,電動汽車的續航里程會出現明顯的縮減,更有甚者損失過半里程,連為“冷冰冰”的電池充電也是件困難的事。而高溫情況下,若沒有合適的散熱方案,電池包內各處溫度將出現較大差異,影響電池單體的一致性并引發一系列的后續問題。其中較為嚴重的是電池過充導致“熱失控”,進而使電動汽車著火、爆炸。

一言概之,電池溫控和電控性能比較差的電動汽車,冬天在極北之地“病怏怏”,夏天在赤道可能“隨時爆炸”。

上述問題的出現無疑考驗了動力電池溫控系統的可靠性。

如何避免這些問題的出現呢?

廠家需要對電池進行熱管理,電池的加熱和散熱都很重要。前者涉及的主要是冷啟動、續航里程還有動力性,后者涉及電池系統質保壽命和整車的安全性。

將電池包溫度控制在合理的范圍內(過低或過高都不行)才能使電池發揮最佳的性能和壽命,才能保證電動汽車的行車安全。


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動力電池的種類:


一、圓柱電池(也叫18650   21700型號電池,主要以特斯拉為代表的企業)

二、方形鋁殼電池(國內企業為主)

三、軟包電池(國內電池發展的主要方向,目前量產技術已經很成熟)


磷酸鐵鋰型的動力電池結構示意圖:


2動力電池散熱詳解


從圖中可以看出,電芯的熱量通過haopta導熱硅膠片傳遞到外殼上面,外殼多數采用金屬材質,可以直接將電芯的溫度下降,保證電池的穩定性。

TC100X具備超強的抗撕裂強度,可以保證電池在汽車里面正常使用的時候,耐摩擦性能,抗撕裂性能,有效壽命在20年以上,而且導熱性能不隨時間和使用的變化而變化。


動力電池模組風冷結構散熱方式介紹


1、在電池模組一端加裝散熱風扇,另一端留出通風孔,使空氣在電芯的縫隙間加速流動,帶走電芯工作時產生的高熱量;


2、在電極端頂部和底部各加上TC100X系列導熱硅膠墊片,讓頂部、底部不易散發的熱量通過導熱硅膠片傳導到外殼上散熱,同時TC100X系列導熱硅膠墊片的高電氣絕緣和防刺穿性能對電池組有很好的保護作用。


動力電池散熱詳解

動力電池模組風冷結構溫升模擬


表面溫差和截面溫差圖


風冷模式很有效快速的散走電池模組工作時產生的熱量,保證電池模組穩定有效的工作。


動力電池散熱詳解

18650電芯動力電池模組液冷結構


動力電池散熱詳解


動力電池包液冷結構散熱方式介紹


1、電芯工作時產生的熱量通過導熱硅膠墊片傳遞至液冷管,由冷卻液熱脹冷縮自由循環流動將熱量帶走,使整個電池包的溫度均衡統一,冷卻液強大的比熱容吸收電芯工作時產生的熱量,使整個電池包在安全溫度內運作。


2、TC100X系列導熱硅膠片良好的絕緣性能和高回彈韌性,能有效避免電芯之間的震動摩擦破損問題,和電芯之間的短路隱患,是水冷方案的最佳輔助材料。


動力電池散熱詳解

動力電池包液冷結構散熱方式介紹


此液冷方案采用S型導熱鋁管、在鋁管上貼附異型導熱硅膠墊片(在導熱硅膠片與電芯接觸面增加凸起條紋),讓電芯與導熱管之間接觸面更大,導熱效果和減震效果更好。


動力電池散熱詳解

動力電池包液冷結構溫升模擬


截面溫差分布圖


電芯溫度均衡,溫差小,電芯工作溫度能很好控制在安全溫度內。


動力電池散熱詳解


軟包電池堆疊結構-加熱模塊


1、此方案應用于新能源汽車電池模組,電池溫度過低時,先啟動加熱片預熱電池,熱量通過導熱界面材料傳遞給電池組中的傳熱鋁板,均勻、高效預熱電池模組;電芯運行過熱時,電芯熱量通過導熱界面材料傳導至傳熱鋁板,再傳遞至金屬外殼,快速散熱,保證電池模組的穩定工作。


2、TC100D系列導熱界面材料有良好的絕緣性能、耐磨性能,能有效防護電池組與加熱片、外殼之間的摩擦,避免產生的磨損,短路等相關安全問題。


動力電池散熱詳解


軟包動力加溫電池包10分鐘溫升模擬


由此模擬結果可看出,在加熱電池模組的方案中,使用導熱界面材料填充加熱片和電池模組中的傳熱部件能有效提高傳熱效率,使各部件溫度快速均衡,使電池模組能夠更快進入穩定工作狀態。


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磷酸鐵鋰硬殼電芯電池包結構


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磷酸鐵鋰硬殼電芯電池包


1、此方案亦適用于新能源汽車電池模組自然散熱方案和加熱模塊方案,電池溫度過低時,側面加熱片加熱預熱電池,熱量通過導熱界面材料傳遞給電池組內部填充的導熱界面材料,再傳遞給電芯,均勻、高效預熱電池模組,讓新能源汽車快速進入穩定運行狀態;電芯運行過熱時,電芯熱量通過導熱界面材料傳導至金屬外殼,快速散熱,保證電池模組的安全、穩定工作。


2、TC100D系列導熱界面材料有良好的絕緣性能、耐磨性能,能有效防護電池組與加熱片、金屬外殼之間的摩擦,避免產生的磨損,短路等相關安全問題。


動力電池散熱詳解


動力電池包自然散熱模擬


表面溫差模擬示意圖


在未使用導熱界面材料時,整體電池包溫度較高,且集中在中心區域無法散熱,會產生過熱風險

在模組中使用導熱界面材料以后,大部分熱量通過導熱界面材料傳導至外殼散熱,電池模組溫度可控制在安全范圍內。


動力電池散熱詳解


軟包電池的典型選材:



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