电动汽车电池包散热加热设计

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1、·电动汽车电池包散热加热设计·文章编号：1002-4581（2010）01-0005-04电动汽车电池包散热加热设计12车杜兰，周荣,乔维高CheDulan，ZhouRong，QiaoWeigao（1.武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉430070；2.中国汽车技术研究中心清源电动车，天津300162）摘要：电池包的热管理是电动车和混合动力电动汽车在所有气候条件下有效运行必不可少的。文中分析了温度对电池组性能和寿命的影响,概括了电池组热管理系统的功能,介绍了电池包热管理需解决的一些问题和相关解决方案，以及怎样合适地设计电池包散热加热系统。关键词：电池包热管理；冷却；加热中图分类号：

2、U469.72文献标识码：A北及时通风散热，将会导致电池组系统温度过高或京0前言温度分布不均匀,最终将降低电池充放电循环效汽率,影响电池的功率和能量发挥,严重时还将导致电池包作为电动汽车上装载有电池组的主热失控,影响电池的安全性与可靠性；再者在低要储能元件，是电动汽车的关键部件，直接影响车温下，电池内部的电化学反应由于受温度影响也到电动汽车的性能。锂离子动力电池因其优异的不能够正常运行，需要对电池包进行加热。因此功率输出特性和长寿命等优点,目前在电动汽车为了使电池包发挥最佳性能和寿命，需要优化电电池包中得到良好应用。但锂离子动力电池的性池包的结构，对它进行热管理，增加散热加热设能对

3、温度变化较敏感,特别是车辆上运用的大容施，控制电池运行的温度环境。量、高功率锂离子电池。车辆上的装载空间有限，车辆所需电池数目较大，电池均为紧密排列连1电池包加热与散热系统接。当车辆在高速、低速、加速、减速等交替变换的不同行驶状况下运行时，电池会以不同倍率放1.1主动系统与被动系统电，以不同生热速率产生大量热量，加上时间累采用主动方式还是被动方式加热和散热，效积以及空间影响会产生不均匀热量聚集，从而导率会有很大差别。被动系统所要求的成本比较致电池组运行环境温度复杂多变。由于发热电池低，采取的设施也较简单。主动系统结构相对复体的密集摆放，中间区域必然热量聚集较多，边杂一些，且需要更大

4、的附加功率，但它的热管理缘区域较少，增加了电池包中各单体之间的温度更加有效。不均衡，加剧各电池模块、单体内阻和容量不一考虑成本、质量、空间的布置，早期在温和气致性。如果长时间积累，会造成部分电池过充电候条件下使用的车辆都是没有使用加热或冷却和过放电，进而影响电池的寿命与性能，并造成单元并且只依靠空气来散热电池（如图1）。目前安全隐患。如果电动汽车电池组在高温下得不到生产的一些混合电动汽车也是使用环境空气来《北京汽车》2010.No.1·5··电动汽车电池包散热加热设计·被动冷却/加热电池包。尽管空气是经过汽车空1.2散热系统调（交流）或供暖系统冷却和加热的，但它仍然被根据传热学理论

5、，固体与气体，固体与液体接认为是一种被动系统（如图2）。运用这种被动系触产生传热现象。气体的对流换热系数远远没有统，环境空气必须在一定温度范围（10℃~35℃）液体的对流换热系数大，液体和固体接触对流换中才能正常进行热管理，在环境极冷或极热条件热能力更强。传热系数越大所交换的热量越多，换下运行电池包可能会产生更大的不均匀。相关实热效果就越明显，因此要选择合适的传热介质。各验也证明被动系统中，由于引入环境空气的温度种传热现象的传热系数范围如表1所示。不一致性，冷却加热电池包会导致电池包更大的表1表面传热系数的一般范围不均匀性。对流换热问题的类型h/[w/(m2k)]下面为空冷和液冷主

6、被动系统示意图。自然对流换热：气体2-25液体50-1000强迫对流换热：气体25-250图1被动冷却—外部空气流通液体50-25000相变对流换热：沸腾2000-50000凝结2000-100000北图2被动加热和冷却—内部空气流通使用液体作为传热介质，需要考虑导电性，安全性，还有密封性，以及以后的维修方便性，还京要考虑到电池包整体的重量。相变材料（例如液汽体石蜡）的传热蓄热能力最强，且在达到相变温图3主动加热和冷却—外部和内部空气流通度时可以大量吸热或放热而不升温降温。通过选车用合适的相变材料能够使电池单体有效地达到热平衡，很好地控制电池温度上下限，避免产生温度过高过低现象。但

7、是考虑到材料的研发、制造成本等问题，目前最有效且最常用的还是采用空气作为散热介质。图4被动冷却—液体循环目前多采用的空冷主要有并行和串行两种通风方式，如图7~图8所示。这就要求在电池包结构上设计相应导风口，尽量减小空气流动阻力，保证气流的均匀性。图5主动冷却/加热—液体循环图7串行通风图6主动冷却/加热—液体循环图8并行通风·6·《北京汽车》2010.No.1·电动汽车电池包散热加热设计·串行情况下一般是使空气从电池包一侧流保证电池正常有效运行，必须在低温下对电池往另