電池熱管理設計案例分析
一、熱管理設計流程
客戶輸入
冷卻要求：
高溫環(huán)境，告訴工況冷卻，電池溫度不允許超過45攝氏度；
高溫環(huán)境，爬坡工況（10%坡度）冷卻，電池溫度不允許超過45攝氏度；
高溫環(huán)境，快充工況冷卻，電池溫度不允許超過45攝氏度；
加熱要求
-20攝氏度低溫環(huán)境，加熱至0攝氏度，時間30min;
-30攝氏度低溫環(huán)境，加熱至0攝氏度，時間50min；
溫差要求：冷卻：<5攝氏度，加熱：<10攝氏度；
保溫要求：高溫和低溫24H溫度保持情況
根據客戶輸入轉化為不同工況電池的充放電倍率發(fā)熱功率。
發(fā)熱功率估算
電池發(fā)熱功率的表達式為：
式中：U為電池開路電壓；I為電池電流；V為電池負載電勢，以上三項分別表示不可逆內阻熱、可逆熵熱和混合熱。
隨后Thomas和Newman證實，在電池的設計過程中，如果減小極化濃度差，混合熱可以忽略不計，公式(1)簡化為：
目前多采用此方法，但是根據發(fā)熱功率影響因素一定要確定哪個SOC、哪個溫度、哪個充放電倍率下的內阻。
一般情況下會給出50%SOC25℃1C充放電下的內阻，但在充放電末端內阻值會變大，發(fā)熱功率也會變大，目前該方法在儲能領域用的比較多。因為儲能充放電策略相對來說比較單一。
其他發(fā)熱功率估算方法：
目前工程用的比較多得方式利用 測試得到得DCR隨著soc和T轉化為發(fā)熱量。
發(fā)熱功率估算
電芯溫度情況
熱管理初步設計—導熱
導熱材料主要關注點：
導熱性能、密度、阻燃性能、絕緣性能、熱穩(wěn)定性、壓縮回彈性、拉伸和耐磨性能、粘接性、使用溫度、耐久性
在模塊中應用石墨片后對加熱速率影響不大，沒有加快加熱速率；
使用石墨片后加熱過程溫差變小，極柱間溫差可減小近2攝氏度，電池組最大溫差可減小1.5攝氏度，均溫效果明顯。
熱管理初步設計—散熱
仿真分析
根據邊界輸入，進行流場和溫度流場仿真，包括壓力情況、速度情況、流量情況、不同工況的溫度情況。
實驗驗證
實驗驗證：
1、對模擬結果進行驗證；
2、了解熱管理真是性能；
3、比較模擬和實驗結果差距；
4、根據結果分析，提出優(yōu)化方案。
隔熱保溫設計
從目前電池系統(tǒng)的發(fā)展趨勢來看，采用液冷系統(tǒng)越來越多，因此箱體隔熱設計越發(fā)重要。
意義：
1、保持系統(tǒng)內部溫度，有利于低溫充放電，延長使用壽命；
2、保持系統(tǒng)內部溫度，降低高溫路面熱輻射對系統(tǒng)內部溫度的影響；
3、外部出現(xiàn)火燒或者高溫時，保持電池包內部正常溫度，延緩電池熱失控，提高安全性；
4、在電芯發(fā)生熱失控時，能起隔熱作用，抑制熱擴散，延緩事故發(fā)生；
5、在電芯發(fā)生齊活時，延緩火勢蔓延，增加逃生時間。
常見保溫材料：
泡棉（包括PU、CR、EVA和PE等）、絨毛毯、二氧化硅氣凝膠、發(fā)泡硅膠、成瓷隔熱片、石墨烯隔熱等。
