單束熱管的電池熱管理模組低溫預熱特性研究

焦云鵬, 孫 然, 帥深龍, 唐志國

(1.安徽安凱客車股份有限公司 新能源研究所, 合肥 230051; 2.合肥工業大學 機械工程學院, 合肥 230009)

隨著電動汽車技術的不斷發展,電動汽車正在不斷實現行駛距離更長、充電時間更短和安全性更高等要求[1]。其中,鋰離子電池以其能量密度高、無記憶功能、壽命長等優點被廣泛用于電動汽車的動力源[2],但其性能表現出對溫度的高敏感性[3]。如果單體電池溫度過高(超過40 ℃時),會引起電池組局部失效以及容量減退,導致電池組性能下降[4]。如果電池組在低溫環境下(低于-10 ℃時),鋰電池的放電性能會急劇降低[5]。如果模組內單體電池的溫差大于5 ℃,也會導致電池放電性能的一致性變差。因此,開發一套有效的電池熱管理系統(簡稱BTMS),實現鋰離子電池在高溫下的高效冷卻和低溫下的快速預熱,并保證模組內電池溫度的高度均勻性,對電動汽車的使用性能和安全性至關重要。

近年來,因熱管具有很高的傳熱系數和溫度均勻性等優點,在BTMS上得到了廣泛應用研究,使用的熱管形式包括管狀熱管[6]、扁平熱管[7]、平板熱管[8]、脈沖熱管[9]等。文獻[10]提出了一種平板熱管型BTMS,最大溫差相比于未采用平板熱管的模組降低了60%。上述熱管式熱管理結構多采用多束熱管設計,這不僅增加了模組的重量,同時也提高了BTMS的成本。目前關于低溫環境下熱管式BTMS預熱特性的研究較少。

本文針對方形鋰離子動力電池,提出了一種結合單束熱管與空氣或液體傳熱相結合的輕量化復合BTMS,建立其三維物理模型和數學模型,開展低溫環境下電池模組的加熱特性研究,以期為方形動力電池的輕量化BTMS設計提供參考。……