电池温度控制对电池的性能有很大的影响,具体表现在哪几方面?
新能源汽车中,电池热管理系统的主要目标是:确保电池组能在最佳温度范围内工作。电池热管理指:通过冷却或加热的方式,对电池系统进行温度控制。和传统汽车的热管理系统不同,在新能源汽车背景下,电池热管理与电机电控热管理、其他设备冷却系统,共同构成了热管理系统。
动力电池的热管理系统,通过冷却或者加热方式对电池系统进行温度控制。电池温度控制对电池的性能有很大的影响,具体表现:
-电池温度较高时进行有效散热,防止产生热时空事件。
-电池温度较低时进行预热,提升电池温度,确保低温下的充电、放电性能和安全性。
-减少电池组内的温度差异,不出现过热的现象,防止高温位置处的电池过快衰减,降低电池组整体寿命。
一般来说,15℃~35℃是最佳温度,可以实现电池最佳功率输出和输入。同时,电池的容量和循环寿命都可以达到比较好的状态。
温度过低时,电池寿命延长但电池容量急剧下降;温度过高时,电池容量增加缓慢,而电池寿命则会降低至原来的百分之二十。由此,电池在低温区和高温区需进行限功率使用。否则,电池的寿命和充放电的容量会受到很大的冲击,影响汽车驾驶体验。
电池热管理本质上分为两部分:一部分是对电池在放电状态下进行冷却,另一部分是对电池充电或静置状态下加热和保温。正常情况下,电池热管理系统对电池温度的控制具体表现在三方面:
-电池温度较高时进行有效散热,防止产生热失控事件。
-电池温度较低时进行预热,提升电池温度,确保低温下的充电、放电性能和安全性。
-减少电池组内的温度差异,不出现过热的现象。
电池加热、冷却两种类型下又包括多种实现方式。常见的电池冷却方式分为自然冷却,风冷(主动+被动)、主动液冷(板式+独立回路),主动直冷四种。
四种冷却方式在降温效率,升温效率方面性能各有优劣,其构成的材料成本和系统操作复杂性也完全不同。
-自然冷却:没有额外的装置进行换热,完全靠周围环境来平衡电池包的热量。其最大的优点就是结构简单,成本低。当然缺点就是散热性能较弱。
-主动风冷、被动风冷:利用空气流动换热,成本低,系统简单,但同时系统密封性差,导致升温效率低,同时无法有效均衡温度。
-直冷方案直接在电池附近相变,降温效果最好,但无法通过相变材料加热,且对系统控制的要求比较高。
-液冷系统通过制冷和换热两条回路在满足功能型需求上有一定优势,但同时有成本高、系统复杂等劣势。
常见的电池加热方式分为电加热和水加热。其中电加热主要通过加热膜、加热铝板、热泵和PTC,水加热主要利用发动机、电机、电控、逆变器等的辅热来对电池进行加热和保温。PTC分为风暖和水暖,水暖效果更加,成本也较高。热泵和PTC相比,优点在于更高的系统集中率和热效率,但是热泵的研发难度较高,目前国内只有上汽荣威等两款车型采用热泵技术为电池加热。动力电池的热管理又和整车的空调系统息息相关,很多的液冷系统跟整车的空调压缩机共用。普通加热系统常用的有两种方式,一种是和空调共用PTC,一种是单独的PTC或者热泵来给电池供热。