生热的部件是电池自身,因此称为内部加热。
外部加热,利用外部电源,给电池以外的介质加热,介质将热量传递给电池,逐步提高电池温度,直至电池适宜的温度范围。外部介质包括空气介质和液体介质,生热的元件有PTC和加热膜等。
外部加热是比较常用的方式。一般的实现形式是,电池包内部装备有加热器,不使用动力电池的电力,而是在停车状态,接通电池包以外的电源,给PTC或者加热膜供电。外部电源一般都是来自大电网的电能,加热器可以按照适用的最大功率工作,而不必担心电能浪费的问题,整体加热速率比较高。
电池组保温
在低温地区应用的动力电池包,箱体一般需要设计保温措施,用来减缓预热热量的散失。防止行车途中短时停车时,电池再次降低到工作温度以下。有实验表明,环境温度零下20℃,预热过程中,将电池加热至25℃,车辆静置8小时,温度下降至18℃左右。
保温措施并不是每台具备热管理功能的车辆都设置的。车辆预热,电池包进入工作状态以后,电池自身会产生大量的热,如果不是极寒环境以及没有长时间停车的需要,则电池包运行温度可以依靠自身发热维持。
4 影响冷却效果的主要因素
冷却液的温度。在冷却过程中,冷却液的温度越低,电池的最高和最低温度都相应低,但两者的差距大。在加热过程中,冷却液的温度越高,则电池的温差也大。也就是说,冷却液与电池温差越大,则会造成电池组内部不同位置的电芯产生较大的温差。
这个现象主要与不同位置电芯受热管理系统的温度调节影响程度不同有关。有的电芯与散热器接触面积大,有的比较小;另一方面,冷却液在电池包内部循环过程中,从进口到出口,温度一直在发生变化。在不同位置,冷却液与相同本体温度的电芯,温差反而不同,只有精确的热设计可以解决这个问题,而不是简单的调节冷却液温度就能做到的。
冷却液流量。冷却液的流量越大在相同时间段内带走的热量越多。有仿真专门观察了液冷模型,其他参数不变,只调节冷却液流量的情况下,冷却液流量对冷却效果的影响。随着冷却液流量的增加,电池系统的最高温度在降低,但温差在增大。越过一个温差最高点以后,流量继续增加,温差转而开始减小。后面流量继续增加的过程中,最高温度和温差都单向一直在减小。
流量增加的前半部分过程,最高温度下降、温差增加,其原因与冷却液温度持续下降的效果一致,都与具体的热结构设计有关,不同的冷却效果带来不同的温度变化量。在流量增加测试后半部分,随着流量的增加,温差开始减小并持续减小,是因为,冷却液的流量增大到一定程度,相对于冷却液的吸热能力,电池传递给冷却液的热量相对变小。这样,一方面,对冷却液的温度影响变小,距离系统进口远近不同位置的冷却液,温差越来越小;另一方面,不同电芯传热面积的差异带来的传热能力的差异,相对也在变小。于是,系统的整体温差持续降低。
但流量不可以持续提升。一方面与消耗能量的大小有关,必然选择一个性价比最好的流量。另一方面,长期保持大流量,是对冷却液循环系统强度的考验,设备寿命可能降低,同时,事故风险上升。
参考
1 李罡,液冷动力电池低温加热系统设计研究
2 李存俊,锂离子动力电池组液冷结构设计及散热性能分析
3 薛超坦,基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理研究
4 马鹏程,纯电动物流车电池液冷热管理结构优化
5 曹明伟,纯电动汽车电池组被动式液冷散热系统仿真分析与优化
6 王元哲,纯电动乘用车动力电池液冷热管理结构设计
7 冯能莲,新一代液冷电池包制冷和加热系统实验平台研发
8 任冰禹,动力锂电池组液冷散热仿真
(图片来自互联网)