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行業新聞

同種蓄電池之間各方面的差異

添加時間:2015-01-27 14:54:48   瀏覽次數: 次    【 】   打印   關閉窗口

同種蓄電池不同溫度條件下熱耗率比較

    同一種蓄電池在不同溫度下熱耗率(每產生1kW h的電能所消耗的熱量)是不一樣的,這是因為電池內部的化學反應與溫度密切相關。環境溫度對蓄電池性能是很有影響的。周圍環境溫度較低,蓄電池運行時會自身反應產生的熱量較多。在蓄電池正常運行溫度范圍內,環境溫度越高蓄電池自身產生的熱量相對越少,所消耗的化學能越少,效率較高。這是因為蓄電池與周圍環境存在著熱交換。熱管理就應該保證蓄電池在自己的最佳運行溫度范圍環境中運行以提高蓄電池效率,同時保證所有蓄電池周圍運行溫度環境的一致性以確保所有蓄電池的運行狀況一致。

同類型蓄電池不同形狀的比較

    長方形蓄電池一般是疊壓型,圓柱形蓄電池是卷繞型。它們的封裝方式各不一樣,熱特性由于結構不同存在相應差異。不同大小形狀的圓柱與長方形蓄電池的熱分布是不相同的。由于散熱表面積大小不同,蓄電池內部的熱梯度也不同。

    鑒于形狀不同的圓柱形鋰離子蓄電池溫度場比較更加直觀,我們分析同類型不同半徑 、不同大小容量的圓柱形蓄電池在同一車輛行駛狀態下的內部溫度場。這里兩個20Ah的蓄電池并聯就相當于一個40Ah的蓄電池。

    可以看出40Ah蓄電池內部有17℃的內部溫差和16%的電流密度不均衡。而兩個20Ah蓄電池并聯的同等容量蓄電池組,單體電池內部只有10℃的溫差和6%的電流密度差。大容量電池溫度梯度更大,這主要是由于電池的散熱表面積比例相對減少而造成的。并且實驗分析得出并聯的兩個20Ah蓄電池比一個40Ah的蓄電池使用壽命要長。這就說明了應用小容量蓄電池的部分優勢。

同種蓄電池不同模塊化方式的比較

    蓄電池包有時是由許多單體電池組成的蓄電池模塊組成的。單體電池的熱特性各不相同,在它們組成蓄電池模塊后,由于組合數量,排列方式以及封裝方式不同蓄電池模塊的熱特性也差異很大。因此我們在選取恰當單體電池的同時還要考慮組成模塊的方式、單體電池數量、電池擺放排列和封裝方式等。

    我們對一組生熱量較小的用于EV的力神棱柱形液態鋰離子蓄電池組在無通風狀態下的溫度場進行仿真熱分析。模擬滿充電池在1C恒流放電至截止電壓狀態下的蓄電池組(模塊)溫升情況。

    實際上蓄電池成組密集擺放,四周與中心的散熱條件不同。各個蓄電池表面散熱邊界條件不同,從而造成整體存在溫差,即中間產生熱量集聚溫度高,邊緣溫度低的現象。

    少量單體電池組成蓄電池模塊后,溫度不均衡相對較小。組成模塊的單體電池數量越大,熱量集聚的現象越明顯。當大量單體電池密集擺放就會出現較大的溫度不均勻性,蓄電池包內蓄電池模塊內單體電池溫差就會越大,有45℃之大。而少量單體電池組成蓄電池模塊密集擺放在一起,溫差只有1℃左右。

    此類蓄電池屬于發熱量較小的應用于EV的小容量蓄電池,并且是在發熱量較小的車輛運行狀態下沒有采取強制冷卻的蓄電池模塊。實際車輛行駛中蓄電池運行情況復雜,發熱量大幅增加。對于發熱量較大的應用于PHEV的大容量蓄電池,單體電池電流較大,生熱率更高,密集擺放后造成的溫度不均衡現象就會更加明顯。模塊間,單體電池間的溫差將會加大。嚴重影響蓄電池的一致性,同時還造成安全隱患,這使得蓄電池模塊整體性能大幅降低。這時就必須進行有效的蓄電池模塊熱管理,采取風冷和液冷,必要時還要采取性能更佳的相變材料作為傳熱介質來進行熱管理。因此我們在選取合理的單體電池類型后還要根據蓄電池特性選取恰當的模塊化方式,選取合適的單體電池數量、擺放排列方式以及模塊封裝方式等。

    蓄電池包應該合理設計才能發揮出蓄電池的最佳性能,還要考慮到機械,包裝,電,熱,安全,監測和控制多方面以及與車輛其它部分的接口等問題。我們在選取蓄電池時,就應該充分考慮到選取合適的類型、恰當的模塊化模式、合適的排列擺放以及封裝方式。我們可以看出蓄電池的選取對蓄電池包的性能有很大的影響,嚴重時會導致蓄電池包的性能下降、成本升高、并且具有安全隱患等。同時也迫切需要蓄電池制造商的協同努力,制造出最適用于電動汽車使用的蓄電池。

 


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