温度对动力电池性能的影响以及电池包温度控制方法

温度对动力电池性能的影响以及电池包温度控制方法报告人：温度对动力电池性能的影响动力电池工作电流大，产热量大，同时电池包又是一个相对封闭的环境，这会导致电池温度的上升。磷酸铁锂电池的工作温度要求在60℃以下，而夏季室外温度已接近40℃，同时电池本身产热量大，这将导致电池工作环境温度过高。温度对动力电池性能的影响电池温升的一个主要原因是电池内阻引发的温升。对于锂离子电池来说电池内部热量包括反应热、极化热和焦耳热。反应热在充电时为负值，在放电时为正值，焦耳热由电池内阻产生。当电池温度达70-80℃时,反应热占了电池总产热量的很大比例;而在小于上述温度放电时,焦耳热占的比例较大。电池内阻与温度及SOC存在密切关系：温度对动力电池性能的影响其中R/R0为电池实际内阻与标称内阻（25℃，SOC=0）比值。在常温附近,温度对锂离子电池和铅酸电池放电容量的影响没有显著的差别,但在0℃以下,锂离子电池放电容量下降得比铅酸电池要快。同时,在低温条件下,车辆的起动性能会变差,因而纯电动汽车上的锂离子电池组要有保温措施。温度对动力电池性能的影响当温度由18℃下降到0℃时,150Ah单体磷酸铁锂电池的内阻增加1倍;当温度下降到-10℃时,电池内阻增加2倍;但铅酸蓄电池在温度由20℃下降到-10℃时,内阻只增加40%。显然,在耐低温影响方面,铅酸蓄电池要优于磷酸铁锂电池。各种燃油汽车都使用铅酸电池作为起动电源,可能与此关。温度对动力电池性能的影响温度对动力电池性能的影响这一现象主要与两种电池使用的电解液有关。磷酸铁锂电池使用的是有机电解液,导电性远比铅酸蓄电池使用的H2SO4电解液差（近200倍）,且在0℃以下时,导电率下降很快。此外,在低温下充电,会导致电极表面固体电解质相界面（SEI）膜增厚,使其电阻增加。温度对动力电池性能的影响近年来许多人实际取得的锂离子电池组的循环寿命数据,要远低于以前人们所宣称的1000次。尤其是在环境温度下降或升高时,循环寿命下降得更快。引起锂离子电池循环寿命快速下降的原因,除了各单体电池不均匀外,也与电池内阻随循环次数的增加而迅速增加有关。温度对动力电池性能的影响另外，由于发热电池体的密集摆放，中间区域必然热量聚集较多，边缘区域较少则增加了电池包中各单体之间的温度不均衡，这将造成各电池模块、单体性能的不均衡，最终影响电池性能的一致性及电池荷电状态（SOC）估计的准确性，影响到电动车的系统控制。同一种蓄电池在不同温度下热耗率（每产生1kW·h的电能所消耗的热量）是不一样的，这是因为电池内部的化学反应与温度密切相关。周围环境温度较低，蓄电池运行时会自身反应产生的热量较多。在蓄电池正常运行温度范围内，环境温度越高蓄电池自身产生的热量相对越少，所消耗的化学能越少，效率较高。所以，除了给电池降温外，在外部环境较低时还要适当的加温。温度对动力电池性能的影响温度对动力电池性能的影响总之，电池产生的热量主要取决于电池的类型、电池工作状态（充电/放电）、电池荷电状态（SOC）及环境温度条件等。同时，电池的工作环境温度又会影响电池的内阻、热耗率、放电容量、循环寿命、状态的一致性等。温度调节方法如果电池在绝热或高温等热传递不充分的内部环境中运行，电池温度将会显著上升，从而导致电池内部形成“热点”，最终可能产生热失控。锂离子电池在热方面的核心问题是怎样避免整个大型电池包体系内部温度的显著上升和由此产生的热失控。热管理的主要有如下几个功能：1.保持电池的温度均衡；2.降低电池包中温度分布不均；3.消除与失控温度有关的潜在危险；4.提供通风，保证电池所产生的潜在的有害气体能及时排出；温度调节方法对于电池包温度传感器而言，对于不同的电池包结构传感器应放置在不同测温点位置，且需求数量不一。温度传感器应该放置在最具代表性，温度变化幅度最大的地点，例如空气的进出口位置以及电池包的中间区域。特别是最高温和最低温处，以及电池包中心热量累积较厉害区域。温度调节方法温度调节方法温控方式有主动方式和被动方式两种。采用主动方式还是被动方式的加热和散热，效率会有很大差别。被动系统所要求的成本会比较低，采取的设施也会相对较简单。主动系统结构就相对复杂一些，且需要更大的附加功率，但它的热管理会更加有效。降温调节方法降温调节的换热材料主要有：空气、水、变相材料空气的传热系数最小，换热效果不如水明显，同时运用空气被动调温系统，环境空气必须在一定温度范围(10℃-35℃)中才能正常进行热管理，在环境极冷或极热条件下运行电池包可能会产生更大的不均匀。结构简单，质量轻；有害气体产生时能有效通风，成本较低。降温调节方法空冷主要有并行和串行两种通风方式。降温调节方法使用水作为传热介质，需要考虑到导电性，安全性，还有密封性，以及以后的维修方便性，还要考虑到电池包整体的重量。相变材料(例如液体石蜡)的传热蓄热能力最强，且在达到相变温度时可以大量吸热或放热而不升温降温。通过选用合适的相变材料能够使电池单体有效地达到热平衡，很好的控制电池温度上下限，避免产生温度过高过低的现象，但是成本较高。目前考虑到电池包热管理结构的复杂性，大多采用的是结构简单的风冷方式。且考虑到散热的均匀性大多采用的并行通风方式。如丰田普锐斯的风冷设计就非常具有代表性。通过抽取式风扇把从空调中引进的冷却气流吸入电池包，气流流经电池包后对电池进行有效地散热，最后由风扇抽出车外。降温调节方法升温调节方法由于电池包中流速及空问的限制，且气态空气将热量传导到固态电池上效率较低，且各处流速不均，很难保证均匀传热，因此更多采用其它方式，如加热扳加热、发热线缠绕加热，电热膜包覆加热等方式。结构最简单的加热方式就是在电池包上下添加加热板实行加热，还有就是在每个电池列前后缠绕加热线，或者利用加热膜（如金属电热膜，碳基电热膜等）整个包覆在电池四周进行加热。电池加热所运用的能量也是由电动汽车电池包中的能量来源提供的，因此必需考虑到加热能量利用的有效性。电热膜直接接触电池壳体，并且电热膜具有很高的成形性能够紧密贴在电池本体上，传热效率更高且能量的浪费损失更小，更有利于电池包的能量运用，再者加热后热传导均匀，更能够保证电池加热的一致性，这样加热升温更加有效且迅速。当然电热膜加热构造更加复杂。升温调节方法