系统优化之路:直面直接间接液体冷却电池热管理问题,寻求突破

发布网友发布时间：2024-10-16 05:01

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热心网友时间：2024-11-18 20:02

摘要：电池热管理系统（BTMS）在电动汽车性能中至关重要，其性能受到温度的影响。针对实际驱动循环，液体冷却BTMS的效率研究较少。适当配置的液体冷却可提供比空气冷却高3500倍的冷却效率。直接/间接液体冷却是液体冷却系统的主要类型。间接/直接冷却利用冷却剂与电池表面直接接触的技术，可以在电池组内提供更大的热传递；然而，需要考虑泄漏、配置、效率等参数。间接冷却技术包括冷板、液体夹套、离散管等。本文通过研究各种技术，包括不同的配置、冷却剂流量、纳米颗粒、不同的放电速率、不同的冷却剂等，提供了液体冷却电池组中使用的各种技术的全面视角，识别了直接/间接液体冷却系统的缺点，并讨论了它们的缓解策略。

1. 引言

为了提高电动汽车电池模块的输出，将电池表面温度和电池之间的温度梯度保持在最佳范围内至关重要。BTMS是调节电池模块/组温度特性的基本要求。本文分析了直接和间接液体冷却技术的缺点，并结合不同放电率、配置、工作流体下的各种因素，如纳米流体、热阻模型等，提供了全面的视角。本文旨在比较间接和直接液体冷却技术，并结合不同放电率、寄生功耗、配置和工作流体等影响因素。

2. 平行冷板液体冷却

结合微型或微通道冷板的液体冷却已被广泛研究。考虑冷却剂的质量流量和通道数量，对平行冷板液体冷却BTMS进行研究。冷板的配置、入口温度降低、水流速增加可以显著降低电池模块的峰值温度Tmax和电池间的温差。具有五个通道的冷板足以通过提高冷却剂流量和冷却速率改善温度相互作用，并且通过使用额外的板可以改善均匀的温度分布。

2.4. 配置

大多数液体冷却的BTMS研究侧重于布局或结构优化。研究了平行微通道冷板、蛇形冷板液体冷却的配置对电池性能的影响。采用T形分叉结构的冷板可以均匀分布水，主动液体冷却系统可以将电池组的最高温度Tmax和电池组电池之间的最大温差ΔTmax分别控制在约32.5°C和1.5°C左右。使用ANSYS FLUENT模拟带有液体冷却软包电池的电池组进行热研究和计算分析，比较了不同电池设计配置，为制造更大电动汽车电池组的规格制定提供依据。

3. 蛇形冷板液体冷却

特斯拉的商用液体冷却方法使用带有蛇形通道的冷板。在多个放电率和工作温度下对锂离子电池进行实验研究，注意到随着放电率和工作温度的升高，冷板的温度升高。使用神经网络技术对不同放电率和边界条件下的电池组进行热模型和温度波动研究。不同参数对电池组温度均匀性有显著影响。

4. 离散管液体冷却

冷板连接到隔离管上，隔离管被压缩变平或制成圆形，并由不同的金属制成。通过调整冷却系统的物理和操作特性，对使用微通道的液体冷却系统进行了模型的数值分析。为了在2C放电率下将温差ΔTmax保持在3°C以内，需要冷却一半电池表面。在底部液体冷却方法下，研究了冷水流量和冷水入口温度变化对热管理有效性的影响。

5. 浸没式或直接冷却

直接或间接式液体冷却在电子设备和电动汽车行业中引起了极大的兴趣。通过这种布置，电池通过浸没在非导电介电液体中直接与电芯接触。直接冷却可以提供最理想的温度均匀性，降低热接触电阻，简化系统设计，并提高安全性。研究了工作流体、寄生功率、传热流体配置等对电池冷却性能的影响。

6. 结论

在适当配置下，液体冷却效率比空气冷却高3500倍。寄生功率消耗可节省高达40%。间接冷却技术如冷板、离散管、蛇形管等已广泛研究。添加纳米颗粒有助于增加基础冷却剂中的热传导，但对电池组温度没有显著影响。直接/间接冷却的缺点包括冷凝蒸发蒸汽的复杂性和费用增加、高粘度流体中的泵损、液体成本高、材料兼容性问题以及流体重量增加。直接冷却技术如蛇形液体冷却在减轻重量、泵损、复杂性增加和费用方面的限制方面仍有待进一步探索。