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我個人的觀點來看，對電動車來說，關于電池組的熱管理最為靠譜的方法是類似于以下的方法。 從可靠性的角度，我將評估一下tesla的18650圓柱形電池的制造可靠性，和其內部連接的熔絲的可靠性。Tesla的電池組從本質上來看，不具備低成本的可能。這是因為本身18650電池造價較低，但是為了保證小電池之間的串并級聯，要付出很多的安全性的考慮。那么多熔絲的連接對于大規模生產來說可能充滿很大的難度。Toyota在新能源車上具有很強的實力，但它的電動車計劃遭受嚴重的挫折以后，對大容量電池這塊的嘗試卻是很少的。本質上它的插入式 prius更偏向于混合動力車多一些。 總結一下這么做的幾個特點： 1.電池包可以做到非常緊湊，中間幾乎沒有空隙。 2.抗震和抗沖擊性比較好，可以在電池CELL之間添加沖擊吸收緩沖材料。 3.把散熱的過程轉換為加熱過程，使得鋰電池在低溫下的運行保證了可能。 4.保證了電池CELL的散熱的均勻性。 5.成本相對較高，主要是在高壓泵和聚合物電池的價格上，兩者都有很大的降價空間。 6.安全性，聚合物電池本身的安全性易于管理。 在SAE的這篇論文中，作者提到了模塊冷卻的仿真方法 Integrated Simulation Process for the Thermal Management of LiIon Batteries in Automotive Applications 總體而言，這篇文章有些偏于理論化，整個設計也存在一些問題。 在SAE的這篇論文中，較為詳細的介紹了聚合物電池的發熱評估Thermal Characterization & Management of PHEV Battery Packs(Compact Power, Inc)。 關于散熱片的內部流道的結構設計也會對水流的分布和散熱(加熱)的效率產生一定的影響，這直接影響到CELL(這個CELL一般是好幾個電池并聯的大cell)的各個部分之間溫度的不均勻。 Delphi關于上半部分所述的方案(電動車鋰電池液體冷卻方法推薦(上))是有專利的，不知道是否意味著這樣的結構不能被使用了(如圖1所示)： 由于液體冷卻只是把熱量從電池組內部搬移出來，因此需要解決更多的問題，GM目前關于這塊最為完善的，有興趣可以參見VOLT的一些散熱方面的圖。 武曄卿老師寫了兩篇導論性的文章： 《電子產品熱設計》 《電子設備熱設計(續)》 這里想提的一點是，在將工業系統移植入汽車中的過程中的時候，整個電子類產品的熱設計(包括電機、電機控制器、DC/DC高壓轉換和充電器，最為特殊的是電池組)這些部件的散熱要求通通需要嚴格考慮。如同以前曾經總結過的那樣，在大熱天的情況下，汽車不僅要承受地面高至40度以上的環境溫度，還要把乘客艙的熱量散出去，在底盤上的這些設備面臨著系統性的熱管理的風險。 圖1 我有時候始終無法理解，目前的中國直流充電標準對電動車大巴電池組將會帶來多大的傷害，其次無法理解32A的特殊車載的充電器，按照中國的電壓，應該是6.6KW，竟然有廠家做出來不是液體冷卻的充電器來了；殘酷的事實是，為了符合大部分地區和較為苛刻的要求，韓國，日本和美國的供應商在2.2KW以上的充電器等級的時候，都采取液體冷卻。這固然和車的系統有關，國內的技術太超前了。 整個散熱系統有著較為系統性的控制要求，特別是對電池來說，需要像保溫設備一樣，擁有不同的散熱控制算法，來保證電池組在合適的溫度范圍內，保證電池組內的單體的溫度均勻性。在分析的過程中，我覺得可能需要通過的幾個步驟才能簡略的得到一組設計結果： 1.通過整車的工況，估算電池組需要放電和充電的工況; 2.使用仿真來驗證以上的條件; 3.通過估算推導在放電和充電條件下電池組產熱情況; 4.考慮系統的選擇方案(液冷和風冷); 注：事實上，需要進一步細分，參閱《HEV電池產熱與散熱考慮》。 5.以正常值考慮單體電池需要的散熱條件; 6.在既定的散熱條件下(液冷為進口水壓和溫度，風冷為風扇的功率和進風口的空氣的溫度控制)設計相應的散熱片或者散熱間隙; 7.通過流體設計軟件來仿真結果。 這樣的步驟可能有些太簡單了，對系統的散熱設計這方面，我屬于剛剛接觸的范疇。希望和大家一起交流，提高一下設計水平。 |
