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    汽車冬季包是什么意思,汽車顯示冬季模式是什么意思

    動力電池在充放電的過程中,會發生反應熱 、極化熱、焦耳熱。

    從結構方面,通過動力電池組底部冷板結構設計來保持溫度和隔熱。從冷卻系統方面,通過電池模組空冷、電池模組液冷、電池模組相變材料冷卻的方法來保持溫度。

    單體電池和電池組的結構

    單體電池結構

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    在電池包內部,單體電池以串聯或者并聯的方式成組。

    磷酸鐵鋰電池的內部結構:電池正極、負極、電解質材料、隔膜等

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    磷酸鐵鋰電池正極材料為磷酸鐵鋰,電池負極材料為石墨,在充放電過程中鋰離子在正負極材料嵌入與脫落。 電池內部的集流是電池正負極材料依附的載體,通常集流體在電池內部主要是輸運正負極電子,正負極集流體分別采用鋁箔和銅箔制備,正負極集流體一般為帶狀,正負極材料涂布在帶狀的鋁箔和銅箔上制備正負極片。

    鋰離子電池中隔膜:其作用阻止電子在電池內部反向移動,電池隔膜在電池內部只允許鋰離子通過,隔膜的存在使正負極隔開,電池隔膜不具備導電性。

    鋰離子電池中電解液:用在電池內部運輸電荷,電解液一般具備較好的鋰離子導電性能。目前鋰離子電池內部的電解液一般都采用非水溶劑和電解質鹽作為鋰離子的載體。 在電池內部還存在一種固體電解質界面膜,簡稱SEI 膜,汽車顯示冬季模式是什么意思,其產生的原因是因為全新的鋰離子電池在最開始的充放電后負極材料會與電解液發生化學反應從而使得在負極表面存在一層鈍化層,這個鈍化層即為 SEI膜。

    電池包的結構組成

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    電池包的結構組成電池、箱體 、冷板、導熱硅膠 、螺栓、支架等。由于電池包會產生一定的熱量,電池箱體結構必須考慮箱內電池固定、隔熱、絕緣等因素,其中下箱體包括冷板、側圍、底座、底架,與上箱體通過螺栓連接固定。

    鋰離子電池的工作原理和發熱來源

    鋰離子電池工作時,其正極發生氧化反應的時候,鋰離子從電池正極脫離。當鋰離子脫離正極后進入電解液中,鋰離子穿過隔膜后到達負極,在負極發生還原反應,一起嵌入負極。 由于電池內部隔膜的作用,電池內部的電子不能在電解液中進入負極,電子會經過正極集流體進入電池外部的電路,電流會在電路中流入負極參與還原反應。 鋰離子電池的放電過程與充電過程相反,鋰離子電池放電時負極發生氧化反應,鋰離子從負極脫離經過隔膜進入正極,發生還原反應并嵌入正極,電子流經負極集流體到達正極參與正極的反應。

    鋰離子電池在工作時不斷地充放電,隨著化學反應的進行與物質的遷移的過程會產生大量的熱量。

    鋰離子電池產熱來源:反應熱 、極化熱、 焦耳熱

    電池反應熱:鋰離子電池在工作過程中,由于正負極電化學反應而生成的熱量。鋰離子電池在工作過程中,進行充放電的過程,即為反應熱產生的過程,在充電過程中的鋰離子電池發生吸熱反應,其產熱的反應熱為負值,放電過程鋰離子電池發生放熱的反應,產生的反應熱為正值。

    電池的焦耳熱:由于電流的流動產生的熱量,電流通過內阻時產生的熱量,其中電池的內阻:正負極集流體、電解液、隔膜、正負極材料

    在電池正常工作狀態下,電池產生的反應熱較小,電池產熱的主要來源:電池的焦耳熱 / 電池的極化熱。

    由于電池在充放電時候產生熱量,從結構方面,需要通過電池組冷卻板結構的設計來保持溫度

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    電池組冷卻板結構和設計

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    電池組冷卻板

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    電池包液冷式熱管理系統最關鍵的組成部件:冷卻板,由于要求比較苛刻,常在電池包熱管理系統設計中需要滿足一定條件:

    1)通過振動測試和沖擊載荷測試,滿足抗沖擊力要求

    2)材料與裝配單件有優秀的機械強度和良好的制造工藝性

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    3)冷卻板結構保證冷卻液流動的通暢與一致

    4)抗爆耐壓能力強(最高耐壓達到 4bar)

    5)整個熱管理系統的運行安全由壓降保證

    常見液冷系統是安裝在動力電池模組旁邊,系統通過冷卻管與單個電池模組緊密相連,管路里環流動著普遍以乙二醇為主的冷卻液,通過熱對流及時吸收單個電池模組產生的熱量,然后乙二醇通過循環流動,至冷卻水箱,并通過風扇將熱量散發,之后冷卻液再次回到電池模組進行下一次的熱量傳遞循環。

    動力電池組底部冷板設計

    具體的單體電池組成、原理、發熱來源、動力電池組底部冷板設計解釋完畢,詳述從冷卻系統方面,動力電池保持溫度的方法。

    動力電池保持工作溫度的方法

    目前動力電池保持工作溫度的3種方法:電池模組空冷、電池模組液冷、電池模組相變材料冷卻

    電池模組空冷方案

    電池組的空氣冷方式,通過流動的空氣帶走或者帶來熱量,對電池模組進行降溫/升溫,使得電池模組在安全的溫度范圍內運行和工作。目前空氣冷卻的方案多是通過設計風扇、電池排布 、空氣流經路徑、交替通風等方式來實現電池模組的熱管理。

    其次是交叉錯排、對齊錯排。這種分層空氣冷卻方案將空氣的區域劃分為上和下兩個部分,同時設置異側的空氣進出口。行業內人員還特意通過仿真驗證,與未分層的方案進行對比,新方案中的電池溫度的均勻性大幅度提高,而且還降低電池組的最高溫度和最大溫差,最大平均溫差只減小了 1.1℃。這種通過在電池進口處,增加了整流柵格的方法進行反向分層氣流的改善,降低電池進口處溫度的波動,平均溫度竟然降低了 2.7℃,行業內人員還想通過改變電池間距、空氣域層數、擾流片的增加、空氣流速的改變方案進行結構優化。

    雖然并行空冷的方案,其電池冷卻的效果更出色,保證了電池溫度的均勻性,但是由于并行風冷送風口設計在電池軸向的方向,會對送風口的布置和模組尺寸的要求提高。行業內專家又設計了縱向氣流的強制空冷方案,行業內人員也通過實驗和仿真這種散熱方式下的三個排列的模組散熱情況,最終顯示這種空冷方案竟可顯著降低電池組的最高溫度。最終提出了基于并排風冷分布式的風冷方案,在模組中,每個電池之間設計空氣管道,其通過改變管道上孔的直徑和數量獲得最優管道的參數,將模組最高溫度成功降低,并改善溫度均勻性。

    電池模組液冷方案

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    液體冷卻一般具有較高的傳熱系數,它可帶走電池模組非常多的熱量,這樣液體介質可以同時循環利用,將成本一起降低了。而且其高效率和低能耗,目前液冷成為電動汽車熱管理系統的最佳的方案。

    行業內還有專家利用空調制冷劑冷卻電池組,其研究了改變制冷劑流動方向對模組冷卻效果的影響,這種系統可以自動控制整體模組溫度,當外界的極端環境溫度在 40℃下,它可以將電池模組的溫度控制在 35℃以下,且模組溫差可保證在 1.5℃范圍內,當制冷劑回路的進出口處于同側時,冷卻劑可對電池冷卻兩次,模組溫差小于進出口在兩側時的溫差。

    總結

    對于電池包熱管理拉說,溫度是影響鋰離子電池安全、性能和壽命的重要因素。溫度過高時,電池會加速衰老;溫度過低時,電池的性能會明顯衰減,同時也會加速衰老;極端高溫會對電池造成不可逆的損傷,嚴重時甚至會破壞電池。另外,單體電池間的溫差過大會影響電池的一致性,從而降低電池組的性能和壽命。所以熱管理的設計比較重要,各項技術要求也較高,要求:輕、阻燃、低導熱率、耐候性強抗高低溫、有應力應變等要求。

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