電動汽車很“火”，但電池需要“冷”下來匯報人：高等傳熱學課外拓展學習2018-1-3

1目錄一、電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展四、今后研究方向三、電池熱管理手段二、溫度對電池的影響2一、電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展34純電動汽車：由電動機驅(qū)動的汽車混合動力汽車：能從可消耗的燃料或可再充電能/能量儲存裝置獲得動力的汽車。燃料電池汽車：以燃料電池作為動力電源的汽車。1.1電動車的分類51.2電動車的發(fā)展6截止2017年10月，全世界幾乎所有的主流汽車公司都宣布了電動汽車的轉(zhuǎn)型計劃。2017年5月，大眾稱已經(jīng)開始了一個投資120億美元的電動車計劃，計劃2030年推出30個電動車車型。2017年9月，豐田宣布和馬自達、電裝成立合資公司研發(fā)電動車，計劃在2020年上路，目前投資共19億美元。2017年10月，日產(chǎn)、三菱、雷諾的合資公司宣布在2022年以前投入100億歐元，用于推出8款純電動車和12款混合動力車。2005年通用汽車投入了10億美元用于電動汽車的研發(fā)，2009年宣布進一步投資178億美元用于電動車生產(chǎn)。在中國市場，通用汽車計劃在2020年推出10款新能源汽車。7我國計劃到2020年新能源汽車年產(chǎn)銷量達200萬輛，累計產(chǎn)銷量達500萬輛，明確了到2025年新能源汽車銷量占總銷量的比例達到20%以上。8在2017年11月9日召開的第二屆國際燃料電池汽車大會上，中國汽車工程學會理事長付于武預測：“到2030年，我國氫能汽車產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值有望突破萬億元大關。”二、溫度對電池的影響910first溫度過高或者過低，都會影響電池內(nèi)部的反應速率。second添加文本添加文本而且，電池在高溫環(huán)境下工作會使電池溫度過高而導致熱失控，嚴重時甚至會使電池發(fā)生爆炸。11從圖中可看出，電動車在使用過程中起火較多，這是因為汽車在行駛過程中燃料電池溫度過高，從而引起汽車自燃。122011年4月，杭州首批電動出租車上路運營還不到3個月，一輛正在運營的眾泰朗悅純電動出租車發(fā)生自燃。2008年普銳斯發(fā)生過一起自燃事件。導致起火的原因是一個電芯電極連接處沒有按照規(guī)定連接，從而導致連接處松動，繼而熱控片不起作用，導致電池發(fā)熱，從而電池爆開，電解液被引燃。13在低溫環(huán)境下，由于電解液粘度增加，阻礙電荷載體的移動，影響電流產(chǎn)生，極端情況下，電解液甚至凍結，造成電池無法放電，導致汽車無法充電。在電池溫度過高時進行有效換熱，防止熱失控事故。在電池溫度較低時進行溫度預熱，提升電池溫度，確保充電、放電性能和安全性減小電池組內(nèi)的溫度差異，抑制局部熱區(qū)形成，防止高溫降低電池組壽命因此，電池的熱管理對提高汽車的性能具有重要意義。三、電池熱管理方法1415163.1風冷式電池散熱被動式風冷散熱：指不使用任何外部輔助能量直接利用車速形成的自然風將電池的熱量帶走。該方法簡單易行，成本低，散熱過程熱量交換以自然對流為主，主動式風冷散熱：散熱過程的熱量交換主要是強制對流，因此，如果電池模塊周圍空間允許，可以安裝局部散熱器或風扇，也可利用輔助的或汽車自帶的蒸發(fā)器來提供冷風。17風冷式電池散熱的通風方式串行通風：低溫空氣從左側(cè)進入，右側(cè)流出電池模塊，空氣流動過程中不斷被加熱，因此右側(cè)電池散熱效果比左側(cè)差，電池溫度容易出現(xiàn)右側(cè)高于左側(cè)的情況。并行通風：通過楔形的進氣與排氣通道設計，使得各電池單體、電池模塊之間氣流平行通過，有利于空氣在不同電池單體、電池模塊間更均勻的分布。183.2液冷式電池散熱被動式：液體介質(zhì)流過電池被加熱，溫度上升，熱流體通過泵進行輸送，通過換熱器與外界空氣進行熱交換，溫度降低，被冷卻的流體（冷卻液）再次流過電池，結構簡單，成本低。主動式：熱流體與外界的熱量交換主要通過汽車發(fā)動機冷媒或與空調(diào)系統(tǒng)結合的方式進行。主動式液冷系統(tǒng)主要耗能來自泵與制冷系統(tǒng)。19與空冷式散熱系統(tǒng)相比，液冷式散熱系統(tǒng)雖然復雜，但冷卻效果好。電池單體或模塊和液體之間的傳熱效率與液體的熱物性都有關系。流速相同時，大多數(shù)直接接觸式液體的傳熱效率要遠優(yōu)于空氣。203.3基于相變材料電池散熱將相變材料（PCM）用于電池熱管理系統(tǒng)時，把電池組直接浸在PCM中，也可以采用夾套式結構，在單體電池外部套一層環(huán)形PCM，形成一個少稍大的單體電池，進而再組成電池組。在電池進行放電時，系統(tǒng)把熱量以相變潛熱的形式儲存在PCM中，從而吸收電池放出的熱量使電池溫度迅速降低。電池通常布置成對稱形式，模塊A、B、C、D作為數(shù)學模型的邊界，電池中間對稱面則作為傳熱計算的絕熱面。21應用模式相變材料在電池包中的應用主要有兩種模式:（a）

電池單元直接置于相變材料(b)相變材料將電池單元夾在中間，形成三明治結構。如下圖所示：22常用相變材料石蠟水合鹽脂肪酸23石蠟水合鹽脂肪酸優(yōu)點儲熱密度高相變溫度范圍廣過冷程度小無相分離相變潛熱大導熱性好價格低廉相變潛熱較高缺點導熱能力差過冷現(xiàn)象明顯多次循環(huán)后易發(fā)生相變分離對設備材質(zhì)要求高相變材料比較24基于PCM的電池熱管理系統(tǒng)中，PCM應滿足如下要求：（1）具有適宜的相變溫度（一般應高于環(huán)境溫度，低于電池熱管理

的最高目標溫度）；（2）相變潛熱大，比熱容以及導熱系數(shù)大；（3）過冷度小或者沒有過冷現(xiàn)象；（4）過冷度小或者沒有過現(xiàn)象；（5）化學性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、不易燃、不易爆；（6）儲量大、價格低廉。25三種方法比較風冷式電池散熱液冷式電池散熱基于相變材料電池散熱優(yōu)點（1）結構簡單，質(zhì)量相對較小。（2）沒有發(fā)生漏液的可能。（3）有害氣體產(chǎn)生時能及時通風。（4）成本較低。（1）與電池壁之間換熱系數(shù)高（2）冷卻、加熱速度快（3）體積較小（1）散熱、均溫效果好（2）系統(tǒng)結構簡單（3）無需耗費電池額外能量缺點（1）散熱效果一般（2）電池的封裝、安裝位置及散熱面積需要重點設計（1）結構較為復雜，增加系統(tǒng)重量（2）存在漏液可能（3）維修保養(yǎng)復雜（1）單一PCM材料導熱系數(shù)低263.4熱管冷卻熱管是由的利用蒸發(fā)相變來傳熱的一種熱管理系統(tǒng)。它是一種密封結構的空心管，一端是蒸發(fā)端，一端是冷凝端。工作原理是蒸發(fā)端受熱時毛細管中的液體迅速蒸發(fā)，蒸汽在微小的壓力差下流向另外一端遇冷重新凝結釋放出大量熱量，凝結的液體再在毛細力作用下