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        寒區(qū)汽車(chē)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)保溫裝置研究

        2022-08-02 08:59:56孫遠(yuǎn)濤王云龍朱榮福張德生
        內(nèi)燃機(jī)與配件 2022年12期
        關(guān)鍵詞:電阻絲百葉窗保溫箱

        0 引言

        近年來(lái),我國(guó)交通事業(yè)快速發(fā)展,隨著國(guó)家《交通強(qiáng)國(guó)規(guī)劃綱要》的出臺(tái),對(duì)交通運(yùn)輸工程領(lǐng)域起到了重要的引領(lǐng)和帶動(dòng)作用。隨著傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)對(duì)環(huán)境污染的不斷加劇,作為一種新型載運(yùn)工具的電動(dòng)汽車(chē)越來(lái)越受到人們的重視,動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車(chē)核心部件,在為整車(chē)提供能源的同時(shí),其性能的優(yōu)劣與穩(wěn)定性直接影響到電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行表現(xiàn)。

        動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車(chē)的能量來(lái)源,其工作性能受環(huán)境溫度的影響較大,是電動(dòng)汽車(chē)整體性能關(guān)鍵的一環(huán),其性能的優(yōu)劣將直接影響到電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程、壽命和安全性。動(dòng)力電池的溫度對(duì)于其放電性能的影響很大,當(dāng)動(dòng)力電池溫度的溫度較高時(shí),會(huì)破壞電池的化學(xué)平衡,而當(dāng)電池溫度較低時(shí),其反應(yīng)速度就會(huì)變慢,當(dāng)溫度極低(寒區(qū))時(shí),又會(huì)造成電池永久損傷

        。因此,動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的研究,對(duì)于動(dòng)力電池保持良好性能,以及電動(dòng)汽車(chē)的正常運(yùn)行具有重要的意義。

        電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)主要分為電池散熱系統(tǒng)和電池預(yù)熱系統(tǒng)兩類(lèi)?,F(xiàn)階段對(duì)動(dòng)力電池散熱研究按照傳熱介質(zhì)的不同可分為空氣散熱、液冷散熱和相變材料散熱三種方式

        。空氣散熱是利用空氣作為傳熱介質(zhì)對(duì)電池組進(jìn)行散熱,是目前應(yīng)用范圍最廣的散熱方式。胡偉欽

        提出了一種可以有效控制動(dòng)力電池工作溫度的熱管理方案。根據(jù)外界環(huán)境溫度,采用空調(diào)制冷系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)熱介質(zhì)強(qiáng)制制冷,或采用PTC作為加熱模塊,強(qiáng)制對(duì)導(dǎo)熱介質(zhì)進(jìn)行加熱,通過(guò)管路的熱交換確保電池箱處于最佳的工作溫度。曾祥兵

        等基于理論分析和數(shù)值模擬的方法設(shè)計(jì)了一種新型冷熱集成系統(tǒng)。汪鵬偉

        和勞永春

        分別針對(duì)強(qiáng)制風(fēng)冷式和液冷式鋰離子電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計(jì),兩種形式的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)均對(duì)電池的散熱、預(yù)熱起到了一定的作用。

        上述對(duì)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計(jì)通常考慮了高溫散熱、低溫預(yù)熱等情況,但對(duì)低溫環(huán)境下動(dòng)力電池保溫的情況很少考慮,尤其對(duì)于寒區(qū)環(huán)境下,對(duì)電池的保溫不僅可以對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的低溫冷啟動(dòng)起到積極作用,還對(duì)于節(jié)約能源、延長(zhǎng)動(dòng)力電池壽命都具有重要意義。對(duì)此,本文設(shè)計(jì)一種適用于寒區(qū)的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)保溫裝置,并對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的所處的不同工況,制定了電動(dòng)汽車(chē)熱管理系統(tǒng)保溫裝置的控制策略。

        1 電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池工作性能分析

        作為電動(dòng)汽車(chē)核心部件,動(dòng)力電池在為整車(chē)提供能源的同時(shí),其性能的優(yōu)劣與穩(wěn)定性直接影響到電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行表現(xiàn)。

        由圖2動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)工作原理圖可知,動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制單元實(shí)時(shí)接收電池溫度傳感器、電池外部環(huán)境溫度傳感器采集的信息,根據(jù)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的控制策略,通過(guò)計(jì)算分析來(lái)控制風(fēng)扇、加熱電阻絲、電池保溫箱百葉窗等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的散熱、預(yù)熱和保溫的功能。

        綜上所述,動(dòng)力電池的高效安全運(yùn)行,需要從控制電池溫度和均衡電池組溫度分布兩部分入手,當(dāng)前普遍要求動(dòng)力電池1

        放電工況下溫升<8℃,單體之間的溫差<5℃,以保證電池組的最佳工作性能。

        張滿(mǎn)春幾乎是空手套白狼就把沈老七的那方養(yǎng)人的河沙田盤(pán)到了手。從那時(shí)起,他一方面要盡心盡職地為和祥軒打理生意,另外他還要抽出一些精力料理那方田產(chǎn)。他靠了在商號(hào)里的方便,居然把那方河沙田統(tǒng)統(tǒng)改成了桑園。那些年繭花也好,價(jià)格也還適中,張滿(mǎn)春年年都有大的進(jìn)項(xiàng)。

        (1)溫度過(guò)高,電化學(xué)反應(yīng)速率加快甚至?xí)?dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程異常,引發(fā)的電池結(jié)構(gòu)上的不可逆損傷會(huì)加劇電池容量和功率衰退;當(dāng)電池溫度升高到突破一定的閾值后,電池?zé)崾Э氐陌l(fā)生幾率也會(huì)變高。(2)溫度過(guò)低(如<0℃),電池的剩余可用功率會(huì)明顯下降,電池容量和充電能力也會(huì)不可避免地流失,強(qiáng)行充電可能造成析鋰,穿透

        膜繼而誘發(fā)嚴(yán)重短路事故。一般來(lái)說(shuō),目前鋰離子電池最佳的工作溫度范圍是25℃~40℃左右。(3)電池組中的溫度不均勻性也是值得關(guān)注的問(wèn)題,其引發(fā)的放電不均和老化過(guò)程不均最終會(huì)加劇電池組內(nèi)單體的不一致性,其中電池組中狀態(tài)最差的那一部分電池會(huì)成為整個(gè)系統(tǒng)的短板,這種狀態(tài)上的差距會(huì)導(dǎo)致整個(gè)鋰離子電池組壽命縮短,提前失效。

        通過(guò)分析電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池工作性能隨溫度變化的機(jī)理,為加強(qiáng)對(duì)動(dòng)力電池停止工作前本身具有熱量的充分利用,設(shè)計(jì)一種集散熱、預(yù)熱和保溫功能于一體的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)“百葉窗式”保溫箱,該系統(tǒng)在低溫環(huán)境下具有一定的保溫功能,動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)保溫箱的百葉窗,根據(jù)動(dòng)力電池工作狀態(tài)由動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制其開(kāi)啟或者關(guān)閉。動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)百葉窗式保溫箱模型如圖1所示。

        由圖3 所示的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制策略,根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)所處的狀態(tài)及動(dòng)力電池的溫度進(jìn)行判斷:

        中午時(shí)分,阿東擔(dān)心阿里,便蹬著車(chē)專(zhuān)程回家一趟。到家時(shí),老巴和阿里正在店里吃盒飯。阿里見(jiàn)阿東,扯著他的手臂,指著老巴的腿說(shuō):“爸爸流血?!?/p>

        為解決上述問(wèn)題,提升熱管理系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果,需設(shè)計(jì)一種用于寒區(qū)電動(dòng)汽車(chē)鋰離子電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)散熱保溫裝置。

        2 動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)保溫箱設(shè)計(jì)

        2.1 動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)保溫箱模型構(gòu)建

        取新制備的樣品用相應(yīng)pH的蒸餾水稀釋10倍后,用Zetasizer Nano-ZS納米粒度儀測(cè)定其粒徑分布,動(dòng)態(tài)光散射角度固定為90°,樣品折射率為1.51。記錄液滴的平均粒徑和分散系數(shù)(PDI)。

        2.2 動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)工作原理

        動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)采用電阻絲+風(fēng)扇加熱、風(fēng)扇散熱、保溫箱保溫的動(dòng)力電池?zé)峁芾砉ぷ髂J?。?dāng)動(dòng)力電池需要低溫預(yù)熱時(shí),開(kāi)啟電阻絲+風(fēng)扇加熱模式,百葉窗關(guān)閉;當(dāng)動(dòng)力電池需要散熱時(shí),電阻絲停止加熱模式,風(fēng)扇開(kāi)啟,并且百葉窗打開(kāi);當(dāng)動(dòng)力電池需要保溫時(shí),電阻絲停止加熱模式,風(fēng)扇關(guān)閉,百葉窗關(guān)閉。所設(shè)計(jì)的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)“百葉窗式”電池保溫箱工作原理如圖2所示。

        溫度是電池的關(guān)鍵參數(shù)之一,直接影響電池的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,同時(shí)電池溫升和溫度分布會(huì)影響電池的安全性以及循環(huán)壽命等。動(dòng)力電池內(nèi)部在進(jìn)行復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)必然伴隨著產(chǎn)熱以及傳熱過(guò)程,產(chǎn)熱使電池整體溫度升高,傳熱則重新分配電池內(nèi)部的溫度分布,這些最終都會(huì)影響在理論上有最適溫度范圍的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。因此,溫度對(duì)動(dòng)力電池的電化學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行、充放電效率、功率、容量、可靠性、安全性和壽命等性能均有密切影響。表1展示了不同溫度區(qū)間內(nèi)電池的狀態(tài)。

        3 動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制策略

        動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制策略對(duì)于動(dòng)力電池工作溫度的有效調(diào)節(jié)具有重要作用,如設(shè)計(jì)的不合理,將會(huì)將導(dǎo)致電池組局部溫度過(guò)高,降低電池充放電循環(huán)效率,影響電池的功率和能量發(fā)揮

        。

        既然每天基本只拍一張照片,不如嘗試拍攝更有力的作品,既能向觀眾透露整體敘事的一些信息,又能獨(dú)立存在,這會(huì)是一項(xiàng)有趣的挑戰(zhàn)。在365天的項(xiàng)目中給自己設(shè)定敘事以外的挑戰(zhàn),既能給予你更多思考空間,也能給你更多動(dòng)力,促使你完成項(xiàng)目。

        根據(jù)動(dòng)力鋰離子電池的低溫特性及電動(dòng)汽車(chē)實(shí)際工況運(yùn)行中的特點(diǎn),建立應(yīng)用于低溫環(huán)境下的動(dòng)力鋰離子電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制策略??刂撇呗钥紤]動(dòng)力電池溫度(T)、動(dòng)力電池外部環(huán)境溫度(T電外)等因素,通過(guò)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制單元對(duì)加熱電阻絲、風(fēng)扇、電池保溫箱百葉窗等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制,使得電池保溫箱運(yùn)行在合理溫度區(qū)間,以延長(zhǎng)電池壽命和電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程。

        記得上四年級(jí)的時(shí)候,爸媽嫌我精力太旺盛,就給我報(bào)了個(gè)國(guó)標(biāo)舞班。剛學(xué)的時(shí)候每天練功,兩條腿上各放2公斤的啞鈴或者磚頭,一開(kāi)始還能拼命撐,撐個(gè)半小時(shí)已經(jīng)是極限了,就開(kāi)始慢慢往下滑,直到腿酸得嗷嗷直叫,一屁股坐地上。

        根據(jù)表1中溫度對(duì)液態(tài)鋰離子電池性能的影響情況,所設(shè)計(jì)的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)保溫箱特點(diǎn)和工作原理,以及電動(dòng)汽車(chē)所處的狀態(tài),制定電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制策略如圖3所示。

        基于以電池?zé)崮P蜑楹诵牡碾姵貑误w熱特性的研究,動(dòng)力電池組熱管理可以通過(guò)設(shè)計(jì)先進(jìn)的熱管理結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的策略,在系統(tǒng)層面上調(diào)控不同區(qū)域內(nèi)的電池溫度差,保證整個(gè)電池組處于適合的工作區(qū)間,從而提高電池的使用性能。

        幾年前,第一次與同伴途徑郭村時(shí),目光就被這山上的古木拴住。我認(rèn)得其中的一些,銀杏、楓香、槭樹(shù)、無(wú)患子、烏桕、水杉、黃檫,每一株都是一個(gè)巨人,身著華服,懷抱焰火,任其長(zhǎng)久的燃燒,寂靜又熱烈,將村莊的馬頭墻和天空燒灼得如同紅海。

        (1)當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)處于低溫啟動(dòng)狀態(tài)時(shí),根據(jù)電池溫度傳感器判斷電池溫度(T)是否超過(guò)0℃,當(dāng)T<0℃時(shí),電阻絲通電加熱、風(fēng)扇工作、百葉窗關(guān)閉,以便對(duì)動(dòng)力電池盡快預(yù)熱;當(dāng)T≥0℃時(shí),同時(shí)判斷動(dòng)力電池溫度是否大于動(dòng)力電池最低適宜工作溫度(T

        ),當(dāng)T≥T

        時(shí),開(kāi)啟動(dòng)力電池保溫箱百葉窗,電阻絲斷電、風(fēng)扇不工作,否則當(dāng)T

        時(shí),關(guān)閉動(dòng)力電池保溫箱百葉窗、電阻絲通電、風(fēng)扇工作。

        (2)當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí),根據(jù)電池溫度傳感器判斷電池溫度(T)是否超過(guò)動(dòng)力電池最高適宜工作溫度(T

        ),當(dāng)T≥T

        時(shí),電阻絲斷電、風(fēng)扇工作、開(kāi)啟動(dòng)力電池保溫箱百葉窗;否則當(dāng)T

        時(shí),電阻絲斷電、風(fēng)扇不工作、開(kāi)啟動(dòng)力電池保溫箱百葉窗。

        (3)當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)處于停車(chē)狀態(tài)時(shí),根據(jù)電池溫度傳感器判斷電池溫度(T)是否超過(guò)動(dòng)力電池最高適宜工作溫度(T

        ),當(dāng)T≥T

        時(shí),電阻絲斷電、風(fēng)扇不工作、開(kāi)啟動(dòng)力電池保溫箱百葉窗;否則當(dāng)T

        時(shí),電阻絲斷電、風(fēng)扇不工作、關(guān)閉動(dòng)力電池保溫箱百葉窗。

        上述針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)所處的不同狀態(tài)下,電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制單元根據(jù)動(dòng)力電池本體及外部環(huán)境溫度變化情況,對(duì)風(fēng)扇、加熱電阻絲及保溫箱百葉窗分別進(jìn)行控制其開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài),對(duì)于動(dòng)力電池保持良好的工作性能,以及延長(zhǎng)其使用壽命具有重要作用。

        4 結(jié)論

        對(duì)于寒區(qū)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)能量利用效率不高的問(wèn)題,設(shè)計(jì)一種適合于低溫環(huán)境下運(yùn)行的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)“百葉窗式”電池保溫箱,結(jié)合動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)工作原理,對(duì)此系統(tǒng)設(shè)計(jì)一種有效實(shí)現(xiàn)集散熱-預(yù)熱-保溫于一體的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制策略,為寒區(qū)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)高效節(jié)能的運(yùn)行、延長(zhǎng)動(dòng)力電池使用壽命,以及加快電動(dòng)汽車(chē)在寒區(qū)推廣具有重要意義。

        [1]吳凱,蓋東興,張學(xué)偉.電動(dòng)車(chē)電池?zé)峁芾硌芯縖J].電池工業(yè),2022,26(2):76-80.

        [2]李志揚(yáng),魯文凡,呂帥帥,等. 電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組熱管理系統(tǒng)研究進(jìn)展[J]. 化工新型材料,2017,45(8):29-31.

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        [4]胡偉欽.新能源汽車(chē)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電技術(shù),2022,(2):62-64.

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        [6]汪鵬偉.強(qiáng)制風(fēng)冷鋰離子電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[D].重慶交通大學(xué),2021.6.

        [7]勞永春.液冷式鋰離子電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究[D].重慶交通大學(xué),2021.6.

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