电动汽车电池系统热管理技术分析

发布于：2022-03-01

随着制造业的快速发展，中国汽车工业面临着产业转型、降低排放、能源危机和低碳发展的挑战，发展新能源汽车已经成为降低汽车工业石油依赖和排气污染的唯一途径，中国政府为了推进新能源汽车工业，发布了一系列发展规划、财政补贴和税务鼓励计划，促进新能源汽车行业的发展。

电池组是电动汽车的主要储能部件，由锂电池组成，直接影响到电动车的性能。由于车辆上装载电池的空间有限，正常运行所需的电池数目也较大，电池会以不同倍率放电，并以不同生热速率产生大量热量，再加上时间累积以及空间影响将会聚集大量热量，从而导致电池组运行环境温度情况复杂多变。电池包内温度上升严重影响电池组的电化学系统的运行、循环寿命、充电可接受性、电池包功率和能量、安全性和可靠性等。如果电动汽车电池组不能及时散热，将导致电池组系统的温度过高或分布不均匀，其结果将降低电池充放电循环效率，影响电池的功率和能量发挥，严重时还将导致热失控，影响系统安全性与可靠性；另外，由于发热电池体的密集摆放，中间区域必然热量聚集较多，边缘区域较少则增加了电池包中各单元之间的温度不均衡，这将造成各电池模块、单体性能的不均衡，最终影响电池性能的一致性及电池荷电状态（SOC）估计的准确性，影响到电动汽车的系统控制。

锂离子电池工作原理本质上是内部正负极与电解液之间的氧化还原反应，在低温下电极表面活性物质嵌锂反应速率减慢、活性物质内部锂离子浓度降低，这将引起电池平衡电势降低、内阻增大、放电容量减少，极端低温情况甚至会出现电解液冻结、电池无法放电等现象，极大的影响电池系统低温性能，造成电动汽车动力输出性能衰减和续驶里程减少。

此外，在低温环境下充电容易在负极表面形成锂沉积，金属锂在负极表面积累会刺穿电池隔膜造成电池正负极短路，威胁电池使用安全，电动汽车电池系统低温充电安全问题极大的制约了电动汽车在寒冷地区的推广。 

因此为了提高整车性能，使电池组发挥最佳的性能和寿命，就需要优化电池包的结构，设计能够适应高温和低温的电动汽车电池包热管理系统BTMS。
动力电池散热研究可分为空气散热、液冷散热、固体相变材料散热和热管散热等方式，现有主要散热技术以前三种为主。从国家对电动汽车扶持方向来看，电动汽车电池包热管理系统必然朝着轻量化，高比能和高均温性方面发展。科技部“十三五”规划中也提出开展基于整车一体化的电池系统的机-电-热设计，开发先进可靠的电池管理系统和紧凑、高效的热管理系统。另一方面，十三五末，我国电动汽车保有量将达500万辆，随之产生大量废旧动力电池，这为动力电池的拆解回收带来大量工作。因此，在设计电动汽车电池包热管理系统时，就应当考虑到电池包易拆解，无附加污染，实现电池包热管理系统的绿色设计。