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動力電池是新能源汽車的重要部件,其不僅成本昂貴,決定著新能源汽車的造車成本,而且還決定了新能源汽車的續(xù)駛里程,影響著消費者的用車感受。
新能源汽車所使用的動力電池是一種可充電的化學(xué)電池,它的充放電過程其實就是一個化學(xué)反應(yīng)的過程,因而,動力電池在充放電過程中,會隨著化學(xué)反應(yīng)的激烈程度而釋放出一些的熱量。我們知道,動力電池內(nèi)部的負(fù)極、電解液和電池隔膜都是會燃燒的,而且電解液的燃點非常低,因此,新能源汽車巨大的動力電池包如果不做好熱管理工作的話,不但容易使電池?fù)p傷,而且非常容易引發(fā)燃燒事故。
動力電池包是由眾多的電芯組成的。電池廠商在生產(chǎn)動力電池時,往往會利用電池的特性進行散熱,比如圓柱電池之間空隙較大,方形電池的表面積較大等。另外,電池廠商還會通過以下方式來給動力電池散熱。
方式一:自然散熱。
就是利用高導(dǎo)熱材料做成散熱裝置(背矽膠布的導(dǎo)熱硅膠片應(yīng)用方案比較廣),連接到動力電池包,用以帶走電池工作時產(chǎn)生的熱量,并自然散發(fā)到空氣中。這種散熱方式比較被動,散熱效果也不是很好,但成本較低。
方式二:風(fēng)冷散熱。
就是在自然散熱的基礎(chǔ)上,加裝一個帶散熱片的風(fēng)扇,以增加散熱面積和空氣流通速度的方式,使動力電池包內(nèi)部的熱量能迅速散發(fā)出去。
1、在動力電池包一端裝置散熱風(fēng)扇,另一端留出通風(fēng)孔,使空氣在電芯的縫隙間加速流動,帶去電芯工作時產(chǎn)生的高熱量;
2、在電極頂部和底部各加上導(dǎo)熱硅膠片,讓兩端不易散發(fā)的熱量通過導(dǎo)熱硅膠墊傳導(dǎo)在金屬外殼上散熱,同時導(dǎo)熱硅膠片的高電氣絕緣和防刺穿性能對動力電池組有著很好的保護作用。
方式三:液冷散熱。
就是在動力電池包里加裝一套液冷散熱器,并形成一個回路。電池產(chǎn)生的熱量傳遞給散熱器中的液體后,液體因熱傳遞而產(chǎn)生對流,使液體能在回路中自行流動,從而帶著熱量。
1、電芯的熱量通過導(dǎo)熱硅膠片傳遞到液冷管,由冷液熱脹冷縮的原理任意循環(huán)流動將熱量帶走,使整個動力電池包的溫度統(tǒng)一,而冷液強大的比熱容吸收電芯工作時產(chǎn)生的熱量,使得整個電池包在可靠溫度內(nèi)動作;
2、導(dǎo)熱硅膠片良好的高回彈韌性和絕緣性能,能夠避免電芯之間產(chǎn)生的震動摩擦破損問題,和電芯之間的短路隱患,是水冷方案不錯的輔助材料。
方式四:制冷散熱。
就是利用制冷劑以氣液變化的過程作為換熱介質(zhì),來使動力電池的溫度迅速下降。這種方式的散熱效果好,成本也高。
目前,新能源汽車動力電池以風(fēng)冷散熱和液冷散熱這兩種方式居多。
動力電池工作電流大,產(chǎn)熱量大,同時電池包處于一個相對封閉的環(huán)境,就會導(dǎo)致電池的溫度上升。動力電池散熱有主動和被動兩種,兩者之間在效率上有很大的差別。被動系統(tǒng)所要求的成本比較低,采取的措施也較簡單。主動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜一些,且需要更大的附加功率,但它的熱管理更加直接。
不同傳熱介質(zhì)的散熱效果不同,空冷和液冷各有優(yōu)劣。
利用導(dǎo)熱硅膠片作為傳導(dǎo)熱量的介質(zhì)的主要特點:在動力電池的電芯與電芯之間、電池模組與電池模組之間、電池模組與外殼安裝動力電池導(dǎo)熱硅膠片,此導(dǎo)熱硅膠片具有高導(dǎo)熱絕緣、減震、抗撕拉、填縫能力佳,使用壽命10多年等特性,可以迅速將熱源產(chǎn)生的熱通過導(dǎo)熱硅膠片傳導(dǎo)出去。
采用氣體(空氣)作為傳熱介質(zhì)的主要優(yōu)點有:結(jié)構(gòu)簡單,質(zhì)量輕,有害氣體產(chǎn)生時能通風(fēng),成本較低;不足之處在于:與電池壁面之間換熱系數(shù)低,冷卻速度慢,效率低。目前應(yīng)用較多。
采用液體作為傳熱介質(zhì)的主要優(yōu)點有:與動力電池壁面之間換熱系數(shù)高,冷卻速度快;不足之處在于:密封性要求高,質(zhì)量相對較大,維修和保養(yǎng)復(fù)雜,需要水套、換熱器等部件,結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。