主要內(nèi)容：

• 1、電池排列
• 2、電芯結(jié)構(gòu)的影響

 

 

1、電池排列

在常見的由圓柱形電池組成的電池模組中，一般將若干個(gè)電池單體串并聯(lián)組成一個(gè)電池模組，然后根據(jù)電動汽車的功率輸出要求，將電池模組按預(yù)定的排列方式排列，組成一個(gè)電池模組。電池組裝盒。常見的電池排列方式有直列式、叉形式和梯形式三種排列方式（圖1）。

圖 1 - 電池布置

直列排列是將電池按順序排列在電池盒中，從外部進(jìn)入的冷卻氣流將通過電池之間的縫隙暢通無阻。優(yōu)點(diǎn)是流阻??；缺點(diǎn)是氣流不易擾動產(chǎn)生湍流渦流，與電池本體有效接觸面積小，對流換熱小，故冷卻效率不高，一般不采用。

叉排排列是將相鄰兩層的電池模組沿空氣流通方向交錯(cuò)排列在電池箱內(nèi)。從外部進(jìn)入的冷卻氣體通過電芯之間的縫隙后，直接吹向下一層電芯表面，然后繞過電芯本體表面，流向電芯兩側(cè)的縫隙。優(yōu)點(diǎn)是增加氣流通過電池的擾動，提高電池表面的對流傳熱系數(shù)，降低熱阻，提高散熱效果；缺點(diǎn)是流阻損失大。

梯形排列沿氣流方向減少泡孔數(shù)量，沿氣流方向逐漸減小通道截面積，逐漸增大風(fēng)速，從而提高傳熱系數(shù)。采用梯形布置，雖然氣流溫度沿流動方向逐漸升高，但傳熱系數(shù)因風(fēng)速逐漸增大而增大，平衡了上下游的散熱效果，使溫度電池組上下游的性能基本可以控制在一個(gè)比較統(tǒng)一的水平。

隨著環(huán)境溫度的升高、電池體積的增大以及對電池功率要求的提高，傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足散熱要求了。對于鉛酸電池，Choi 和 Yao 指出，依靠自然對流或強(qiáng)制對流并不是解決它們溫度升高的有效方案。對于鋰聚合物電池，由于聚合物導(dǎo)熱系數(shù)小，僅依靠風(fēng)冷散熱系統(tǒng)無法有效解決散熱問題。當(dāng)尼爾森等人。研究Li-ion PNGV（partnership for a new generation of vehicles）電池，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)電池處于溫暖環(huán)境時(shí)，采用風(fēng)冷散熱很難將66℃電池的溫度降低到52℃以下. 通過數(shù)值模擬分析，Chen 等人。發(fā)現(xiàn)強(qiáng)制對流強(qiáng)度增加到一定程度后，鋰離子電池的溫度分布平衡沒有得到根本改善。哈梅爾等人。還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)風(fēng)速增加到一定限度時(shí)，風(fēng)速繼續(xù)增加時(shí)溫度變化不明顯。Kim 和 Pesaran 也指出了風(fēng)冷散熱的缺點(diǎn)。隨著負(fù)荷的增加，一般需要增加有源部件（如蒸發(fā)器、發(fā)熱芯、電加熱器或燃油加熱器等），或增加制冷系統(tǒng)、空調(diào)等的負(fù)荷，從而增加電池組的二次能源消耗，與效率的提升相矛盾。同時(shí)，隨著負(fù)載的增加，風(fēng)冷電池包的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也變得更加復(fù)雜。還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)風(fēng)速增加到一定限度時(shí)，風(fēng)速繼續(xù)增加時(shí)溫度變化不明顯。Kim 和 Pesaran 也指出了風(fēng)冷散熱的缺點(diǎn)。隨著負(fù)荷的增加，一般需要增加有源部件（如蒸發(fā)器、發(fā)熱芯、電加熱器或燃油加熱器等），或增加制冷系統(tǒng)、空調(diào)等的負(fù)荷，從而增加電池組的二次能源消耗，與效率的提升相矛盾。同時(shí)，隨著負(fù)載的增加，風(fēng)冷電池包的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也變得更加復(fù)雜。還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)風(fēng)速增加到一定限度時(shí)，風(fēng)速繼續(xù)增加時(shí)溫度變化不明顯。Kim 和 Pesaran 也指出了風(fēng)冷散熱的缺點(diǎn)。隨著負(fù)荷的增加，一般需要增加有源部件（如蒸發(fā)器、發(fā)熱芯、電加熱器或燃油加熱器等），或增加制冷系統(tǒng)、空調(diào)等的負(fù)荷，從而增加電池組的二次能源消耗，與效率的提升相矛盾。同時(shí)，隨著負(fù)載的增加，風(fēng)冷電池包的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也變得更加復(fù)雜。Kim 和 Pesaran 也指出了風(fēng)冷散熱的缺點(diǎn)。隨著負(fù)荷的增加，一般需要增加有源部件（如蒸發(fā)器、發(fā)熱芯、電加熱器或燃油加熱器等），或增加制冷系統(tǒng)、空調(diào)等的負(fù)荷，從而增加電池組的二次能源消耗，與效率的提升相矛盾。同時(shí)，隨著負(fù)載的增加，風(fēng)冷電池包的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也變得更加復(fù)雜。Kim 和 Pesaran 也指出了風(fēng)冷散熱的缺點(diǎn)。隨著負(fù)荷的增加，一般需要增加有源部件（如蒸發(fā)器、發(fā)熱芯、電加熱器或燃油加熱器等），或增加制冷系統(tǒng)、空調(diào)等的負(fù)荷，從而增加電池組的二次能源消耗，與效率的提升相矛盾。同時(shí)，隨著負(fù)載的增加，風(fēng)冷電池包的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也變得更加復(fù)雜。等，從而增加了電池組的二次能耗，與效率的提升相矛盾。同時(shí)，隨著負(fù)載的增加，風(fēng)冷電池包的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也變得更加復(fù)雜。等，從而增加了電池組的二次能耗，與效率的提升相矛盾。同時(shí)，隨著負(fù)載的增加，風(fēng)冷電池包的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也變得更加復(fù)雜。

因此，在功率小、溫度環(huán)境不惡劣的情況下，首選風(fēng)冷散熱，有助于降低整車成本。當(dāng)動力系統(tǒng)需要大功率動力電池組，且電池體積較大，環(huán)境溫度有高有低時(shí)，風(fēng)冷散熱無法達(dá)到理想的熱管理效果，需要采用其他熱管理方式經(jīng)過考慮的。

2、電芯結(jié)構(gòu)的影響

電芯的結(jié)構(gòu)對散熱也有非常重要的影響。對于這個(gè)因素，Zhang 等人。對4個(gè)3.2V/50A·h方形磷酸鐵鋰動力電池單體構(gòu)建了相應(yīng)的電池模型，如圖2所示。4種電池體積相同，高度相同，但橫截面周長不同。具體尺寸如表1所示，他們采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方式，研究了電池在不同放電倍率和傳熱系數(shù)下的散熱性能，通過優(yōu)化分析得到了電池的最佳外形尺寸和電池尺寸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果。單體電池的尺寸和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)對電池的散熱性能有重要影響。3.2V/50A·h方形磷酸鐵鋰動力電池外形尺寸為180mm×30mm×185mm時(shí)，其散熱性能相對最佳；當(dāng)電池尺寸為180mm×30mm×185mm時(shí)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)至少為20W·m^-2 ·K ^-1，單體電池最高溫度可有效控制在最佳工作溫度以下。

圖 2 - 具有四種結(jié)構(gòu)的單細(xì)胞

表 1 - 四節(jié)電池的外形尺寸
 

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本文由日本NEC鋰電池中國營銷中心于2023-04-22 11:40:38 整理發(fā)布。
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