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汽车电芯热管理设计20XX-01-25目录不同电芯热管理介绍电芯热管理设计一、不同电芯热管理介绍热管理的意义:循环寿命放电容量降低放电功率受限20-10 0 10 20 30 40 50 60 7080TEMPERATURE()O*USUPPlH)BrM-P0MR温度对电池容量的影响使用寿命续航历程减少充电时间延长循环次数-温度对电池循环寿命的影响加速性能降低等待时间延长人们对电动车续航里程、充电时间的要求越来越高，行之有效的电池热管 理系统，对于提高电池包整体性能具有重要意义。-不同电芯热管理介绍热管理想要达到的效果:保证电池适宜的工作温度范围避免局部温度过高高温环境中有效散热低温环境中迅速加热或者保温减少电池温度差异，保证电池温度均性避免热失控-不同电芯热管理介绍 Pack内热过程电化学热（电池自身化学反应的产热）电池设计欧姆热 _（电流通潸体产生的J 口 I电路管接设导热 I _-（电池和Pack部件之间通过 匚=结构设计I导热介质之间的热传递）J 热管理设计对流换热（通过流体液冷、风冷换1-I热管理设计热）J-不同电芯热管理介绍热管理系统的分类直冷系统 I 宝马系列i3/X5冷却液冷却系统 I 特斯拉、奥迪主流热管理系统 分类空气冷却系统 I 日产Leaf、pruis相变材料冷却系统）I-各热管理系统具有自己的特点和优势，目前国内以液体热管理系统为主流-不同电芯热管理介绍不同电芯介绍图柱 方形 软包比较项目 圆柱 方形 软包常见型号 18650、21700、26650 L135、L148、L173 118、161优缺点 工艺谏、良品钠、-结构简单、能量蜜度较高、重量轻、能量密度高、内阻小、循环致性好，但重量重、比能 向中击强，但型号多，I 性能J?,但一致性较差,成本高,容量低 艺难统一 易发生漏液市场占比（201弹）22%42%36%应用领域 EV乘用车、低速车 EV、PHEV乘用车和商用 EV、PHEV乘用车和EV商用车、物流车 车散热面积 3674mm218650 38296mm2 148 73094mm2161-不同电芯热管理介绍圆柱电芯模组丽脚必三二 学机追与正 频降V：网*卫w：如收电引闵巧鬻一 炳陛两沙逑,：国内某圆柱电芯模组特斯拉圆柱电芯模组采怦PCBA汇海外,电芯支架网柱电芯电芯支架池缘板怅好板-不同电芯热管理介绍方形电芯模组1-端板；2-引出支座 A3,4-正负极保护盖；8-盖板；9-导电排；10-线束板；14-侧板;、15邛鬲热垫；16-底板。）-不同电芯热管理介绍软包电芯模组某L电池模块电池粘接于壳体上，该壳体由塑料件和铝板 金件（厚度0.35mm）组合而成（塑料抑 接），铝板的结构便于将电池的热量转移至 边缘处，易于实现模块的散热，塑料件用于 绝缘以及相互卡接形成一个电池单元某S电池模组外部铝端板，电池通过上下端板和塑料压板 固定-不同电芯热管理介绍软包电芯模组软包模组软包模组主要零件：端板、盖板、导电排、散热板、缓冲垫、NTC散热单元爆炸图一、不同电芯热管理介绍A圆柱电芯热管理TESLA电池热管理系统冷却管道冷却管道内部结构冷却管道端面结构冷却管道内部被分成四个 孔道，为了防止冷却液流 动过程中温度逐渐升高，使末端散热能力不佳，热 管理系统采用了双向流动 的流场设计，冷却管道的 两个端部既是进液口，也 是出液口。电池之间及电池和管道间 填充电绝缘但导热性能良 好的材料（如Stycast 2850ct），其作用使（1）将电池于散热管道间的接 触形式从线接触转变为面 接触，增大传热效率；（2 促进电池间热交换，有利 于提高单体电池间的温度 均一度（相当于被动热均 衡）；（3）提高电池包的 整体热容，从而降低整体 平均温升。-不同电芯热管理介绍方形电芯热管理宝马直冷热管理系统冷板温度分布RI34a冷却介质 冷板位于模组底部 回油弯设计 系统均温设计 加热丝底部加热 弹簧钢支撑结构-不同电芯热管理介绍方形电芯热管理某W电池热管理系统内部搭载有32个VDA模块，每四组模块共 用一个冷板，冷板与冷板之间通过管路并 联连接，使系统温度性能最优，其中冷板 采用搅拌摩擦焊冷板，冷板和管路通过快 插连接。-不同电芯热管理介绍软包电芯热管理雪佛兰插电式混动Volt热管理系统单体电池间 布置冷板（厚度为 1mm）,新款模块保 证了每支电 池都和液冷卡迪拉克CT6混动热管理系统板接触，液 冷板上刻有 流道槽，冷 却液可在流 道槽内流动-不同电芯热管理介绍不同电芯热管理比较分析比较项目 圆柱 方形软包导热介质 电池自身 电池自身、导热胶、底板和侧板电池自身、散热 板导热路径 电池自身一一导 电池自身一一导 热胶一一支架/热胶一一底板/液冷板 恻板一一冷板电池自身一一导 执胶散热 板-冷板有效雌 918mm2186 3996mm214面积 50 836547mm216 1占总散热 25%10.4%面积匕例50%相同之处：1、通过增加散热通道，提高散热效率；2、通过使用高导热介质，提高导热速 率；3、通过主动冷却方式；导热和散热不同之处：1、采用的导热介质不同；2、散热路径和散热通道不同；3、散热面积及有效散热面积比不同；4、冷却介质也有不同,5、冷板布置方式不同；6、散热器效果不同。二.电芯热管理设计电芯热管理设计二.电芯热管理设计分解客户输入，确认热管理系统的目标和要求测试和估算模块发热功率O选定传热介质，热管理系统初步设计厂4 Y根据模块导热路径，对热管理系统进行理论计 算和仿真分析对热管理系统进行实验验证优化热管理系统二.电芯热管理设计客户输入冷却要求：高温环境，告诉工况冷却，电池温度不允许超过45摄氏度；高温环境，爬坡工况（10%坡度）冷却，电池温度不允许超过45摄氏度;高温环境，快充工况冷却，电池温度不允许超过45摄氏度；加热要求-20摄氏度低温环境，加热至0摄氏度，时间30min;-30摄氏度低温环境，加热至0摄氏度，时间50min;温差要求：冷却：5摄氏度,加热：10摄氏度;保温要求：高温和低温24H温度保持情况根据客户输入转化为不同工况电池的充放电倍率发热功率。二.电芯热管理设计发热功率估算电池发热功率的表达式为：式中：U为电池开路电压；I为电池电流；/为电池负我电势,以h 三项分别表示不可逆内阻热、可逆精热和混合热。随后Thomas和 Nwman证实，在电池的设计过程中，如果减小极化浓度差，混 合热可以忽略不计，公式（1）可以简化为：（2）q=i（y-u）+rr 第=i2r+rr 第目前多采用此方法，但是根据发热功率影响因素一定要 确定哪个SOC、哪个温度、哪个充放电倍率下的内阻。一般情况下会给出50%SOC25cle充放电下的内阻，但在充放电末端内阻值会变大，发热功率也会变大。其他发热功率估算方法：依据充放电能量效率计算：依据充放电电压曲线及SOCOCV曲线计算;电池自身的属性、I电化学信商池热的要响素 电发量主影因电池SOC值变化电池的工作温度电池的充放电倍率二.电芯热管理设计电芯温度情况“静态加热电池温度分布情况:电芯内部温度比较集中，最低最高温度相 差6.3摄氏度，最高温度点集中在电芯底 部位置（温度点6），最低温度集中在两 电芯间右上角位置（温度点6）,极柱温 1度相比电芯内部温度温差5摄氏度左右。试制电池温度情况温度点1 一温度点2温度点3温度点4温度点5温度点6温度点7温度点8温度点9二.电芯热管理设计热管理初步设计一-J“导热材料主要关注点:导热性能、密度、阻燃性能、绝缘性能、热稳定 性、压缩回弹性、拉伸和耐磨性能、粘接性、使 用温度、耐久性二.电芯热管理设计热管理初步设计一在模块中应用石墨片后对加热速率影响不大，没有加快加热速率；使用石墨片后加热过程温差变小，极柱间温差可减小近2摄氏度，电池组最大温差可减小1.5摄 氏度，均温效果明显。二.电芯热管理设计热管理初步设计一散热圆柱钎焊冲压流道粮拌摩擦焊电芯热管理设计热管理初步设计一冷板支撑结构支撑结构 优点 缺点 应用情况弹簧板（钢）支 撑结构缓冲垫或泡棉支 撑弹簧钢叫靖，回弹性较好，能 够给液冷板提供 很好的预紧力，结构做简单，加工和安装方便价格便宜,制造 安装方便,具备 保温隔热作用需要考虑支撑结 构固定、会增加 整包重量、对材 疑性和耐久性 要求较高垫片回弹I生较差，容易破损，存在 不可恢复性变形 风险二.电芯热管理设计仿真分析仿真要求：根据边界输入，进行流场和温度流场仿真，包括压力情况、速度情况、流量情况、不同工 况的温度情况。二.电芯热管理设计实验验证实验验证：1、对模拟结果进行验证；2、了解热管理真是性能；3、比较模拟和实验结果差距；4、根据结果分析，提出优化方案。二.电芯热管理设计隔热保温设计从目前电池系统的发展趋势来看，采用液冷系统越来越多，因此箱体隔热设计越发重要。意义：1、保持系统内部温度，有利于低温充放电，延长使用寿命；2、保持系统内部温度，降低高温路面热辐射对系统内部温度的影响；3、外部出现火烧或者高温时，保持电池包内部正常温度，延缓电池热失控，提高安全性；4、在电芯发生热失控时，能起隔热作用，抑制热扩散，延缓事故发生；5、在电芯发生齐活时，延缓火势蔓延，增加逃生时间。常见保温材料：泡棉（包括PU、CR、EVA和PE等）、绒毛毯、二氧化硅气凝胶、发泡硅胶、成瓷隔热片、石墨烯隔热等。Thanks!