著作起原:1.华东交通大学机电与车辆工程学院2.华东交通大学载运器材与配备教养部中心测验室3.江西江铃集团新能源汽车有限公司动力锂离子电池的充放电功能､续航

著作起原:1.华东交通大学机电与车辆工程学院2.华东交通大学载运器材与配备教养部中心测验室3.江西江铃集团新能源汽车有限公司

动力锂离子电池的充放电功能､续航里程和操纵寿命等,均对服役温度的蜕变很敏锐｡锂离子动力电池正在低温下的充放电功能会紧张降低,充电时容易导致锂析出,乃至酿成锂枝晶,诱发电池隔阂破碎,导致电池内部短道从而失效,紧张要挟汽车和驾驶者的太平｡这使得锂离子电池乘用车得不到更进一步的发扬,更加是正在高寒地域的普及行使｡对动力锂离子电池实行低温加热,必要擢升充放电功能,保障温度匀称性,并制止析锂景色和太平事情的产生｡

量度动力锂离子电池低温加热功能的参数苛重有升温速度和均温性,但以往的切磋苛重通过监测单体之间的温差来量度电池包或电池模组内部的均温性,较少调查单体内部与外观之间的温差｡加热流程中单体电芯内部有能够未抵达电池执掌体系(BMS)开启充电的最低温度,从而酿成太平隐患｡

本文作家正在创制单体电芯时内置热电偶,以监测加热流程中单体电芯内部温度蜕变流程,为深远切磋动力锂离子电池低温加热功能供应数据支柱,对订定愈加精准的动力锂离子电池加热政策具有实质旨趣｡

测验采用动力锂离子电池(镇江产,3.67V/52Ah),正极质料为镍钴锰酸锂(LiNiMnCoO2),负极质料为石墨,充放电使命温度为-30~55℃,尺寸为148.2mm×26.7mm×101.0mm｡采用的加热元件为正温度系数热敏电阻(PTC,东莞产),额定功率为100W,额定电压为60V,内阻为35.93Ω,尺寸为368mm×155mm×2mm,电源由外部供应｡加热测验苛重采用3类箱体,囊括泡沫箱体､塑料箱体､塑料箱体加隔热棉｡泡沫箱体内尺寸为500mm×280mm×200mm,箱体厚度为20mm｡塑料箱体内尺寸为580mm×420mm×310mm,箱体厚度为2mm｡隔热棉置于电芯底部与加热膜(PTC质料)之间,厚度为5mm｡模组电芯计划如图1所示,用TP720拓普瑞无纸记实仪(深圳产)记实电池温度数据｡该记实仪采用输入的采撷模块,能同时采撷温度(热电偶､热电阻)､湿度､压力､流量和液位等参数｡

ntainer css-ym3v7r

ntainer css-xi606m style=text-align: center;

将电池正在-20℃下静置,直至全豹电芯内部热电偶温度抵达境遇温度(-20±2)℃;采用100W的功率加热,直至全豹极耳温度抵达10℃,截止加热;复兴至室温后,将电池正在-10℃下静置,直至全豹电芯内部热电偶温度抵达境遇温度(-10±2)℃;采用100W的功率加热,直至全豹极耳温度抵达10℃,截止加热｡加热已毕后闭上加热元件,采撷各温度点的加热数据｡

为切磋箱体对电芯升温速度的影响,将电芯判袂置于泡沫箱和塑料箱内,正在-10℃和-20℃下实行加热测验,衡量大面底部､模组内部､大面中央､正负极耳等的温度数据,并实行了解处置｡

境遇温度为-20℃､-10℃时,所需的加热时期判袂为62.3min､44.7min｡分歧温度下泡沫箱体内电芯加热温升和升温速度如图2所示｡

ntainer css-ym3v7r

ntainer css-xi606m style=text-align: center;

从图2可知,看待1号电芯,大面底部正在-20℃时温升最大,为37.90℃,正在-10℃时升温速度最疾,为36.96℃/h;负极耳正在-10℃时温升最小,为23.20℃,升温速度也最慢,为27.59℃/h,温升及升温速度从大面底部到正负极耳慢慢递减｡看待6号电芯,大面底部正在-20℃时温升最大,抵达了40.30℃,正在-10℃时升温速度最疾,为29.20℃/h;负极耳正在-10℃时温升最小,为23.20℃,升温速度也最慢,为29.78℃/h,温升及升温速度慢慢递减｡境遇温度为-20℃时,电池组的温差为2.60℃,升温速度相差2.35℃/h;境遇温度为-10℃时,电池组的温差为1.40℃,升温速度相差1.80℃/h,升温速度中心疾双方慢,阐扬出必然的不匀称性｡综上所述,看待统一电芯,温升从大到小顺次为大面底部､大面中央､内部和极耳,从大面底部到正负极耳慢慢递减,阐扬出必然的温度梯度,于是以极耳为最低加热温度的政策较为牢靠｡分歧温度下加热的升温速度不同很小,统一部位正在分歧温度下的升温速度大致相像｡正在泡沫箱体中,极耳的升温速度均匀相差1.00℃/h｡

-20℃､-10℃的加热时期判袂为83.0min､49.2min,各电芯的加热温升及升温速度睹图3｡

ntainer css-ym3v7r

ntainer css-xi606m style=text-align: center;

从图3可知,塑料箱的温升梯度与泡沫箱体仿佛,比拟于泡沫箱体,塑料箱体的模组温升高3.00~4.00℃,但升温速度却低2.00~3.00℃/h｡泡沫箱体各电芯内部正在-10℃和-20℃的加热升温速度根基一律,而塑料箱体正在-10℃下的加热升温速度清楚大于-20℃｡塑料箱体的导热功能远好于泡沫箱体,使箱体内部境遇温度与外部境遇温度一律｡

正在塑料箱体中,极耳升温速度均匀相差3.00~4.00℃/h,于是电池包的壳体采用塑料箱体为佳｡

-20℃､-10℃的加热时期判袂为63.0min､45.0min,图4和图5判袂为隔热棉对塑料箱体加热温升及升温速度的影响｡

ntainer css-ym3v7r

ntainer css-xi606m style=text-align: center;

从图4､图5可知,带隔热棉的最高温升正在6号电芯内部,为34.30℃,最高升温速度也正在6号电芯内部,为33.03℃/h;无隔热棉的最高温升正在6号电芯内部,为36.30℃,最高升温速度也正在6号电芯内部,为32.86℃/h｡模组中部电芯升温速度高于两侧,评释模组电芯底部受热不均｡加隔热棉后,模组内部温起落低1.00~2.00℃,但升温速度上升1.00℃/h,这是因为隔热棉的隔热效力｡正在塑料箱体内部加隔热棉,能抵达与电池包箱体内部相像的导热境遇｡

PTC质料具有正温度系数,当温度跨越某一数值时,跟着温度上升,电阻率以指数样式增大,生热功率快速降低｡锂离子电池组采用PTC质料来加热,加热流程中动力电池不实行充放电｡若将电池模块动作具体实行研讨,电池热量满意式(1):

ntainer css-ym3v7r

ntainer css-xi606m style=text-align: center;

式(1)中:Q为加热膜形成的总热量;Q为电池模块自身招揽的热量;Qba和Qha判袂为电池､加热膜与境遇换取的热量｡

式(2)中:mi､Cpi､ΔTi判袂为第i只电池单体的质料､比热容和温度蜕变;N为电池单体数目｡

ntainer css-ym3v7r

ntainer css-xi606m style=text-align: center;

正在实质流程中,电池不行够处正在绝热境遇,必然存正在着热量的转达｡热转达苛重有3种根基样式,判袂为热辐射､热对流和热传导｡

电池的热辐射苛重产生正在外观,与外观质料的性子相闭,可用斯特藩⁃玻尔兹曼(Stefan⁃Boltzmann)改正经历公式描画辐射传热才略｡正在密闭容器内,物体单元时期､单元面积对外发射的辐射热量的推算公式睹式(4)｡

ntainer css-ym3v7r

ntainer css-xi606m style=text-align: center;

热对流惟有正在流体中才会存正在,且伴跟着流体分子运动形成热的传导｡动力电池边际充满气氛,正在加热流程中,气氛的活动会与电池和加热膜形成对流换热｡

ntainer css-ym3v7r

ntainer css-xi606m style=text-align: center;

式(5)中:φ为热流量,W;A为面积,m;h为外观传热系数,W/(m·K4);Tw､Tf判袂为壁面温度和流体温度,K｡

正在PTC加热流程中,加热膜与动力电池底部直接接触,于是热传导是动力电池底面加热流程中热量转达的苛重形式,热传导流程屈服傅里叶定律:

ntainer css-ym3v7r

ntainer css-xi606m style=text-align: center;

式(6)中:负号透露热转达倾向与温度转达的正倾向相反;q为热量的传导量,W/m;比例系数λ为导热系数(或导热率),W/(m·K);θ为温度;n为导热面长度,m;箭头透露倾向;grad(θ)是空间某点的温度梯度｡

动力电池正在PTC加热流程中,通过热辐射转达的热量极端少,于是本文作家苛重研讨其他两种热转达形式:热传导和热对流｡

正在仿真筑模前,需征战电池的导热微分方程｡测验大意少许次要身分,简化假设如下:①所切磋的物体是各向同性的相接介质;②该物体的导热系数､比热容和密度等物性参数均已得到;③内热源正在物体内部空间匀称分散｡

ntainer css-ym3v7r

ntainer css-xi606m style=text-align: center;

ntainer css-xi606m style=text-align: center;

推算时,以为电池间无罅隙境遇温度为电池对流换热系数为6W/(m2·℃),密度为2255kg/m3,比热容为980J/(kg·℃)｡导热系数x轴和y轴相像,树立为2.732W/(m·℃),z轴树立为0.913W/(m·℃)｡

从图7､图8可知,仿真推算结果与测验测试结果吻合杰出,但仿真推算值略高于测验测试值｡这是由于模子不研讨内部热耗损,鸿沟条款研讨得较理思,自然对流换热系数与测验境遇有区别｡模子推算流程中能够涌现,正在加热初始阶段,电芯温度根基相像,跟着加热流程的实行,各电芯温升阐扬出必然的区别性,由大到小顺次为电芯大面底部､大面中央､电池内部和正负极耳｡这与测验测试结果的蜕变顺序吻合｡

为切磋电池低温加热流程中模组和电芯内部均温性,本文作家判袂通过测验和数值模仿两种步骤,采用PTC加热元件对有无隔热棉的塑料箱和泡沫箱内的电池模组实行加热,结果解释:

正在相像境遇温度和加热功率下,看待统一电芯,温升最大为大面底部,大面中央第二,内部次之,极耳最小;从下部到上部慢慢递减,阐扬出必然的温度梯度｡

分歧温度下加热速度的差值很小,统一部位正在分歧温度下的升温速度大致相像;正在泡沫箱体中,极耳升温速度均匀相差1.00℃/h,正在塑料箱体中,极耳升温速度均匀相差3.00~4.00℃/h｡

塑料箱体的导热性宏伟于泡沫箱体,以致箱体内部境遇温度根基与箱体外部境遇温度一律;通过仿真获得电池温升趋向与测验相像｡

正在加热流程中,极耳温度无间处于最小值,这解释以极耳温度动作加热开启温度的最低温度政策,较为牢靠｡

该切磋为领导实质电动汽车动力电池低温加热政策安排供应了必然的表面按照,对电动汽车向低温区域扩大应器械有实际旨趣｡

汽车测试网-首创于2008年，报道汽车测试手艺与产物、趋向、动态等 相干邮箱 marketing#auto-testing.net (把#改成@)