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新能源汽车电池系统热失控原因

  次浏览  本站  2018/04/03

动力电池系统一般主要由电池模组、电池管理系统BMS、热管理系统以及一些电气和机械系统等构成。车辆在不同的行驶状况下,单体电芯由于其自身有一定的内阻,在输出电能的同时会产生一定的热量,使得自身温度变高,当自身温度超出其正常工作温度范围间时会影响电池的性能和寿命。而电动汽车上的动力电池系统是由多个动力电池单体电芯构成,动力电池系统在工作过程中产生大量的热聚集在狭小的电池箱体内,热量如果不能够及时地快速散出,高温会影响动力电池寿命甚至出现热失控,导致起火爆炸等。

目前国内的热管理研究较多关注在散热上,更准确地说是集中在电池系统箱体和模组层面上,比如液冷系统的应用。而在电芯层面上的隔热防控并没有过多关注。从动力电池系统的设计上可以看到,在进行热管理系统设计时需要考虑到电芯单体和电池模组这两个层次的结构。因此在电池系统的整体设计中就必须要考虑到电芯单体和电池模块所在位置的温度环境的影响。因此在设计电池模块排列时,若单体电池之间排列紧凑且没有散热和隔热措施的话,电池组在充放电时温度会急剧上升,存在严重的安全隐患。

因此需要通过电池热管理技术研究,加强电池的加热和散热能力,保证电池工作在合适的温度范围内和保持电池箱内合理的温度分布。研究需要从单体级别的热失控产生机理及特性方面逐步扩展到由单体热失控触发继而传播到整个电池系统的热失控级别。

 

电池系统有无隔热的对比分析


曾有研究表明在电池单体之间设置隔热层,阻断失控单体向临近单体传热,同时,隔热层不完全封闭,单体之间留有对流通道,有利于失控单体产生的热量在整个电池包内散热,避免局部过热。在《车用动力电池热防护与散热集成研究》中,设置四种方案进行热失控时的热性能分析:

方案一:代表电池单体间不添加任何散热隔热措施

方案二:代表电池单体间安置隔热板

方案三:代表电池单体间安置热管组

方案四:代表单体间错落安置隔热板与热管组


通过对以上4种方案下正常工况与热失控时电池组的散热与隔热性能进行分析,对比验证该集成系统的热管理性能,并探究了隔热板厚度对于热失控传播的阻隔作用结论如下:

(1)四种方案对比表明,方案二阻热性能突出,可有效延缓热失控传播,但是散热性能较差,仅仅依赖隔热板和自然散热无法满足电池组热管理需求。方案三散热性能良好,但随着放电倍率增大最大温差骤升。同时,热失控触发后阻热性能远低于方案二和方案四。而方案四不仅大大增强了电池组的散热能力和电池组内各单体温度均匀性,其高隔热性能还可有效阻断热失控传播。

(2)通过改变隔热板厚度,增强电池组散热能力,可有效阻断热失控传播。当隔热板厚度由1mm增加到2mm时,在保证热管正常工作的前提下,可将热失控阻断在隔热板之前。

(3)合理的隔热措施与冷却方式相结合不仅能有效提高电池组工作温度区间的稳定性,还能有效阻断热失控。


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