蔚来新电池热管理专利曝光 给电池“降温”
来源：宝鄂实业
2019-03-19 09:58
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据外媒报道，中国电动汽车制造商蔚来（NIO）正努力进军美国，并且在研发可能在美国出售的下一代汽车，因此，该公司在努力解决电池发热问题。当地时间3月1日，美国专利商标局（U.S. Patent and Trademark Office）公布了蔚来美国公司（NIO USA, Inc.）的几项新专利申请。所有的专利申请都以某种形式涵盖了电池热管理，表示了温度控制在电动汽车中的重要性。其专利申请表明了蔚来正在积极创新，而此类创新将帮助蔚来等市场新人在市场中脱颖而出，并且比竞争对手更具优势。
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其中一项专利申请指出，随着越来越多的电动汽车使用大型电池，管理电池的热量变得越来越重要。目前使用相变材料或其他液体的电池冷却系统通常只关注冷却电池或冷却其他单一系统，效果和效率都不如预期。蔚来在专利中提出的解决方案是，在纯电动汽车（BEV）的接线盒内安装一个散热片，为母线（带电流的金属条）和同一个接线盒的电源电子设备提供冷却。
第二种解决方案使用一种可被动捕获热量的相变材料，旨在减少接线盒内聚集的热量。蔚来表示，由于平均电流低，“传统的”电动乘用车并不会产生大量热量，但是采用快速充电标准后，“所有高压元件上的持续电流”都会增加，也意味着需要新的散热方案。
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电池过热对电动汽车是有害的，蔚来的另一项专利申请就提到，当让冷却液流经电池组的液体冷却泵发生故障时，如何防止过热。
一个解决方案就已经是冗余组件和系统，不能将两个解决方案都投入使用，因为会“大大增加整个冷却系统的质量，从而对电动汽车的续航里程造成负面影响。” 该公司认为最好的解决方案是，使用次数最少的冷却循环和数量最少的冷却泵处理冗余，即会在管道中配置带有阀门的两个液体冷却泵，当其中一个泵失效时，可以根据需要改变冷却剂的流向。
本文旨在论述如何去正确地设计一个符合科学理念的、有效实用的动力电池管理系统(BMS)，以提高电池的使用安全性、使用寿命和使用效率，降低使用成本。
着重论述：1）动力电池管理系统(BMS)的数据采集；2）动力电池管理系统应该具备的一些功能，以及为实现这些功能所采用的技术； 3）各种电池管理系统工作原理、均衡效果和优缺点。
本文最后提出了既符合科学理念又能满足使用要求的电池管理系统，应该具备的基本内容。
一、前言
作为储电工具的蓄电池，即通常人们所说的二次电池，无论是使用历史最悠久、应用最广泛的铅酸电池，还是近十几年才发展起来的更具有发展空间的高性能锂离 子电池，在使用中最怕的就是过充电和过放电。一旦过充、过放电，电池就要损坏，容量降低，寿命减少。严重的情况下，还会发生爆裂和起火燃烧。尤其是锂离子 电池，通常所发生的爆燃现象，基本上都是由于电池过充、过放电所引起来的。
因此，蓄电池在使用中，那怕是一节电池，都要进行电池管理，都要配置电池管理系统。这是保障电池使用安全、使用性能和使用寿命的必不可少的措施！
蓄电池在成组使用时，更容易发生过充、过放电的现象，其根源都在于电池的一致性误差所引起来的。蓄电池组中的单体电池，由于电池的制造和使用条件的不 同，其使用特性是存在差异的。亦即电池的电压、容量、内阻和自放电率，在不同温度、不同充放电倍率、不同荷电状态、不同使用历程等的使用条件下，是各有差 异的。而这些差异，如果在充、放电过程中没有得到应有的控制，将进一步加大，导致部分电池发生过充、过放电现象，造成电池容量和寿命的急剧下降，最终引起 事故的发生。这是蓄电池在使用中出现的难题！
为此，近十几年来，国内外的许多专家学者，广大蓄电池的制造者和使用者，都大力开展了旨在 解决电池一致性误差所带来危害的研究，开发出了各种各样的电池管理系统(BMS)。至今为止，笔者所见到的国内外电池管理系统(BMS)，一般都具有高低压、高低温、和过流短路等多项常规保护功能和储备电量的测量功能，有许多电池管理系统(BMS)还具有所谓电池的均衡功能。但是，从实际的使用效果看，很少有令人满意的电池管理系统(BMS)。这并不是由于电子技术存在问题，而是由于对电池管理系统(BMS)的理念和电池管理策略存在问题。
应该怎样去管理电池呢？这是多年来大家所关心的问题。目前电动车搞得那么红红火火，可电池还是那么不够耐用，寿命短，使用成本高，而且稍不小心还会发生 事故，甚至发生着火爆炸。应该怎样去解决这些向题呢？显然，提高电池的质量是关键，但是，正确地去设计一个合乎科学理念而又实用有效的电池管理系统 (BMS)，也是必不可少的。不然的话，即使有很好的电池，电池还会照样损坯。
二、电池管理系统(BMS)的数据采集
电池的电压(V)、电池的容量(C)、电池的内阻(R)是表征电池特性的主要参数，影响电池参数变化的主要使用条件是电池的温度。
2.1 电池的电压(V)
电池的电压主要指电池正负极间的端电压(U)。
蓄电池在充放电时常会看到这样的三种现象：
第一种现象，充电时，断开充电电源后，电池的电压在突然降低△V后，还会继续缓慢地下降；放电时，断开放电负载后，电池的电压则在突然升高△V后，还会继续缓慢地升高。也就是说，电池在充、放电时断开后，电池的电压是不稳定的，一般要持续几十分钟后才能稳定。
第二种现象，电池储电很少，但电池的电压却很高。然而放电一开始，电池的电压就立刻降下来；或者电池储电不多，电压也不高。但充电开始不久，电池的电压就上升得很高，即使断开充电电源，电池的电压也没有很明显的下降。
第三种现象，电池的电压与使用条件，没有确定的线性关系。不同充放电率、不同温度、不同荷电状态、不同使用历程下的电池电压，都是各不相同的。
上述这些现象的出现主要都是由于电池的极化所引起来的。
我们知道，电池正负极的电极电位，表征正负极材料电化学能级的大小。所以，电池正极材料的电极电位φa与负极材料的电极电位φb之差，叫电池的电动势(E)。
当电池正负极在电解液中处于热力学平衡状态和电池没有电流流过(i=0)时，电池正负极电极电位也处于平衡状态。此时的正负极电极电位之差，叫电池的静态电动势(Es)。即：
当电池有电流流过(i≠0)时，静态电动势(Es) 就要下降－个η值，电池的电压变为U。即
电池为什么会产生极化呢？这是由于电池的电化学反应过程中要有能量损失、参与电化学反应物质浓度的变化(浓差)也会引起电极电位的变化，此外，电池内部 还存着欧姆电阻，当有电流流过欧姆电阻时，也需要消耗能量。由电池电化学过程产生的极化和反应物质浓度变化所引起的浓差极化，统称电池电化学极化(ηe)；由欧姆电阻引起的极化叫欧姆极化(ηΩ)。因此，电池的极化可表达为：
