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    詳情說明 / Details

    散熱管理系統的重要性


    電池的熱相關問題是決定其使用性能、安全性、壽命及使用成本的關鍵因素。首先,鋰離子電池的溫度水平直接影響其使用中的能量與功率性能。溫度較低時,電池的可用容量將迅速發生衰減,在過低溫度下(如低于0°C)對電池進行充電,則可能引發瞬間的電壓過充現象,造成內部析鋰并進而引發短路。其次,鋰離子電池的熱相關問題直接影響電池的安全性。生產制造環節的缺陷或使用過程中的不當操作等可能造成電池局部過熱,并進而引起連鎖放熱反應,最終造成冒煙、起火甚至爆炸等嚴重的熱失控事件,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響其使用壽命。電池的適宜溫度約在10~30°C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,電池內部熱量不易散出,更可能出現內部溫度不均、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。


    電池熱管理系統是應對電池的熱相關問題,保證動力電池使用性能、安全性和壽命的關鍵技術之一。熱管理系統的主要功能包括:1)在電池溫度較高時進行有效散熱,防止產生熱失控事故;2)在電池溫度較低時進行預熱,提升電池溫度,確保低溫下的充電、放電性能和安全性;3)減小電池組內的溫度差異,抑制局部熱區的形成,防止高溫位置處電池過快衰減,降低電池組整體壽命。
    散熱管理系統的重要性


    Tesla Roadster的電池熱管理系統

    The heat management system of Tesla Roadster battery

    Tesla Motors公司的Roadster純電動汽車采用了液冷式電池熱管理系統。車載電池組由6831節18650型鋰離子電池組成,其中每69節并聯為一組(brick),再將9組串聯為一層(sheet),最后串聯堆疊11層構成。電池熱管理系統的冷卻液為50%水與50%乙二醇混合物。

    圖 1.(a)是一層(sheet)內部的熱管理系統。冷卻管道曲折布置在電池間,冷卻液在管道內部流動,帶走電池產生的熱量。圖 1.(b)是冷卻管道的結構示意圖。冷卻管道內部被分成四個孔道,如圖 1.(c)所示。為了防止冷卻液流動過程中溫度逐漸升高,使末端散熱能力不佳,熱管理系統采用了雙向流動的流場設計, 冷卻管道的兩個端部既是進液口,也是出液口,如圖 1(d)所示。電池之間及電池和管道間填充電絕緣但導熱性能良好的材料(如Stycast 2850/ct),作用是:1)將電池與散熱管道間的接觸形式從線接觸轉變為面接觸;2)有利于提高單體電池間的溫度均一度;3)有利于提高電池包的整體熱容,從而降低整體平均溫度。

    通過上述熱管理系統,Roadster電池組內各單體電池的溫度差異控制在±2°C內。2013年6月的一份報告顯示,在行駛10萬英里后,Roadster電池組的容量仍能維持在初始容量的80%~85%,而且容量衰減只與行駛里程數明顯相關,而與環境溫度、車齡關系不明顯。上述結果的取得依賴電池熱管理系統的有力支撐。

    Tesla-Roadster的電池熱管理系統

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