動力電池?zé)峁芾硐冗M技術(shù)

1、動力電池?zé)峁芾硐冗M設(shè)計隨著社會的發(fā)展，人類對能源的需求總量在不斷地提升，而傳統(tǒng)化石能源因為儲量有限，以及在應(yīng)用過程中帶來的溫室效應(yīng)等潛在隱患，讓世界各國都認識到調(diào)整能源結(jié)構(gòu)對確?？沙掷m(xù)性發(fā)展的重要性。因此，自20世紀(jì)70年代以來，世界各主要國家都加大了在風(fēng)電、太陽能、氫能等可再生能源方面的技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用推廣。其中，電動汽車的發(fā)展得到了全球統(tǒng)一的認可。截至2015年美國在全球電動汽車保有量中的占比一直都是最高的。到2016年中國成為全球電

2、動汽車保有量占比最高的國家全球占比約三分之一。中國擁有超過2億輛兩輪電動車、300萬到400萬輛低速電動汽車(LSEV)和超過30萬輛電動公交車。在其他交通方式的電氣化方面中國也是迄今為止的全球領(lǐng)導(dǎo)者。電動汽車行業(yè)的火爆帶動了動力電池產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，據(jù)中國市場情報中心（CMIC）報道，到2020年，新能源電動汽車帶動的全球車載動力儲能電池市場需求將超過2000億元，市場發(fā)展?jié)摿κ挚捎^。動力電池系統(tǒng)是新能源電動汽車的心臟，與電機、電控并

3、稱為新能源電動汽車三大核心部件，其性能影響整車的安全性、經(jīng)濟型和動力性，直接關(guān)系到新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景與市場規(guī)模，是推動新能源電動汽車商業(yè)化、市場化應(yīng)用的關(guān)鍵。在眾多類型動力儲能電池中鋰離子動力電池由于其具有高單體工作電壓、高質(zhì)量比能量、高體積比能量、長循環(huán)壽命、無記憶效應(yīng)、低自放電率、寬工作溫度范圍、清潔無污染等優(yōu)點，應(yīng)用越來越廣泛。但動力電池制備技術(shù)尚不完善，生產(chǎn)品質(zhì)不宜掌握，縱然是同批次同型號動力電池單體電芯在性能方面也存在著

4、差異。且由于動力電池組在使用過程中受環(huán)境因素、電池老化等原因，單體電芯之間的不一致性激增，極易發(fā)生過充或過放等極端異常情況，甚至導(dǎo)致動力電池起火爆炸等安全隱患。因此設(shè)計安全可靠的動力電池管理系統(tǒng)，實時監(jiān)測動力電池關(guān)鍵數(shù)據(jù)，估計電池工作狀態(tài)，控制電池組充放電過程，對于延長電池的使用壽命，保證電池使用過程中安全，提高電池的能量利用率至關(guān)重要。電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystemBMS）的主要任務(wù)是保證電池組工作在安全

5、區(qū)間內(nèi)，提供車輛控制所需的必需信息，在出現(xiàn)異常時及時響應(yīng)處理，并根據(jù)環(huán)境溫度、電池狀態(tài)及車輛需求等決定電池的充放電功率等。BMS的主要功能有電池參數(shù)監(jiān)測、電池狀態(tài)估計、在線故障診斷、充電控制、自動均衡、熱管理等。本文將重點分析電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)(BatteryThermalManagementSystemBTMS).電池的熱相關(guān)問題是決定其使用性能、安全性、壽命及使用成本的關(guān)鍵因素。溫度高低對于里離子動力電池的整體性能，包括電池的容量、功率

6、、充放電效率、安全性和壽命等都有著非常顯著的影響。溫度較低時，電池的可用容量將迅速發(fā)生衰減，在過低溫度下（如低于0℃）對電池進行充電，則可能引發(fā)瞬間的電壓過充現(xiàn)象，造成內(nèi)部析鋰并進而引發(fā)短路。其次，鋰離子電池的熱相關(guān)問題直接影響電池的安全性。生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的缺陷或使用過程中的不當(dāng)操作等可能造成電池局部過熱，并進而引起連鎖放熱反應(yīng)，最終造成冒煙、起火甚至爆炸等嚴(yán)重的熱失控事件，威脅到車輛駕乘人員的生命安全。另外，鋰離子電池的工作或存放溫度影

7、響其使用壽命。電池的適宜溫度約在10~30C之間，過高或過低的溫度都將引起電池壽命的較快衰減。動力電池的大型化使得其表面積與體積之比相對減小，電池內(nèi)部熱量不易散出，更可能出現(xiàn)內(nèi)部溫度不均、局部溫升過高等問題，從而進一步加速電池衰減，縮短電池壽命，增加用戶的總擁有成本。2.強制風(fēng)冷自然冷卻的方案比較容易實現(xiàn)，但其散熱效果有限。強制風(fēng)冷是利用風(fēng)扇使空氣產(chǎn)生強制對流將電池箱體內(nèi)部電池的熱量經(jīng)過排風(fēng)風(fēng)扇帶走，散熱效率比自然冷卻更高。我司早期快充

8、及混合動力車型多數(shù)采用強制風(fēng)冷，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較簡單、成本較低，缺點是對動力電池內(nèi)部風(fēng)道設(shè)計要求較高、溫度一致性較難控制、防護等級很難達到IP67.強制風(fēng)冷原理強制風(fēng)冷結(jié)構(gòu)的電池箱體3.液體冷卻液體冷卻的制冷效果遠超于自然冷卻和強制風(fēng)冷。在復(fù)雜工況下，尤其在高放電倍率（如插電式混合動力應(yīng)用）、高充電倍率（如快充應(yīng)用場合）、較高的運行環(huán)境溫度（南方夏季酷熱天氣，氣溫≥35℃）時，依靠自然冷卻和強制風(fēng)冷很難滿足散熱需求，而且電池之間的溫度不均衡