电池热管理设计案例分析
一、热管理设计流程(cheng)
客户输入
冷(leng)却要求(qiu)：
高温环境，告诉工(gong)况冷却，电池温度(du)不(bu)允许超过45摄氏度(du)；
高(gao)温(wen)(wen)环境(jing)，爬坡工况（10%坡度）冷却(que)，电池温(wen)(wen)度不允许超过(guo)45摄氏度；
高温环境，快充工况(kuang)冷(leng)却(que)，电池(chi)温度不允许超(chao)过45摄氏度；
加热要求
-20摄(she)氏度低(di)温环境，加(jia)热至0摄(she)氏度，时(shi)间(jian)30min;
-30摄(she)氏(shi)度(du)低(di)温环境，加热(re)至0摄(she)氏(shi)度(du)，时(shi)间50min；
温差(cha)要(yao)求(qiu)：冷却：<5摄(she)氏度，加热：<10摄(she)氏度；
保温要求：高温和低温24H温度(du)保持情况
根据(ju)客(ke)户输入转化为不同工况(kuang)电(dian)池的(de)充(chong)放电(dian)倍率(lv)发热(re)功率(lv)。
发热(re)功率估算
电池发热功率的表达(da)式为：
式(shi)中：U为电(dian)池开路(lu)电(dian)压(ya)；I为电(dian)池电(dian)流；V为电(dian)池负载电(dian)势，以上三项分别表示不可逆(ni)内阻热、可逆(ni)熵热和混合热。
随后Thomas和Newman证实，在电(dian)池的设计过程中，如果减小(xiao)极化浓度差(cha)，混合热可以忽略不计，公式(1)简(jian)化为：
目(mu)前多采(cai)用(yong)此方(fang)法，但是根(gen)据发热功率影响因素一(yi)定要确定哪(na)个SOC、哪(na)个温度、哪(na)个充放电倍率下的(de)内阻。
一般情况下会给出(chu)50%SOC25℃1C充放电下的内阻，但在充放电末端内阻值会变(bian)大，发热功(gong)率也会变(bian)大，目(mu)前该方法在储能领域用的比(bi)较多。因为储能充放电策(ce)略相对来说比(bi)较单一。
其他发热(re)功率估算方法(fa)：
目前工(gong)程用(yong)的比较多得方式利用(yong) 测试得到得DCR随着soc和T转化为发(fa)热量。
发(fa)热功率估算
电芯温度情况
热管(guan)理(li)初(chu)步设计—导(dao)热
导热材料主要关注点：
导(dao)热(re)性(xing)(xing)能、密度、阻燃性(xing)(xing)能、绝缘性(xing)(xing)能、热(re)稳定性(xing)(xing)、压缩回弹性(xing)(xing)、拉伸(shen)和耐磨性(xing)(xing)能、粘接性(xing)(xing)、使(shi)用(yong)温(wen)度、耐久性(xing)(xing)
在模块(kuai)中(zhong)应用石墨片(pian)后对加(jia)(jia)热(re)速率影响不大，没(mei)有加(jia)(jia)快加(jia)(jia)热(re)速率；
使用石(shi)墨片后(hou)加热过程温(wen)差变(bian)小，极柱间(jian)温(wen)差可减小近2摄(she)氏(shi)度，电池组最(zui)大温(wen)差可减小1.5摄(she)氏(shi)度，均温(wen)效果明显(xian)。
热管理初步设(she)计(ji)—散热
仿真分析
根(gen)据边界输(shu)入，进行流场(chang)和温(wen)度流场(chang)仿(fang)真，包括(kuo)压力情(qing)况(kuang)、速度情(qing)况(kuang)、流量情(qing)况(kuang)、不同工况(kuang)的(de)温(wen)度情(qing)况(kuang)。
实验验证
实验(yan)验(yan)证(zheng)：
1、对模拟(ni)结(jie)果进行验证；
2、了解热管理真是性能；
3、比(bi)较模拟(ni)和实验(yan)结果差距；
4、根据结果分析(xi)，提出优(you)化方案。
隔热保温设计
从目前电(dian)池(chi)系统的发展趋势(shi)来看(kan)，采用液冷系统越(yue)来越(yue)多，因此箱体隔热设计越(yue)发重(zhong)要(yao)。
意(yi)义：
1、保持(chi)系统内部温度，有利于低温充放(fang)电(dian)，延(yan)长使用寿命；
2、保(bao)持系(xi)统内部温度(du)，降(jiang)低高温路面热(re)辐(fu)射对系(xi)统内部温度(du)的影响；
3、外(wai)部(bu)出(chu)现火(huo)烧或者高温时，保(bao)持电池包内部(bu)正常温度，延(yan)缓电池热失控，提高安全性；
4、在电芯发生(sheng)热失控时，能起隔热作用，抑制热扩散，延缓事故发生(sheng)；
5、在(zai)电芯发生齐活(huo)时(shi)，延(yan)缓火势蔓延(yan)，增加逃生时(shi)间。
常见保温材(cai)料：
泡(pao)棉（包括PU、CR、EVA和(he)PE等(deng)）、绒毛毯、二(er)氧化(hua)硅(gui)气凝胶(jiao)、发泡(pao)硅(gui)胶(jiao)、成瓷隔热(re)片(pian)、石墨烯隔热(re)等(deng)。
