引言
电池的性能和使用寿命直接决定了电动汽车的性能和成本,因此,如何提高电池的性能和寿命得到了各方面的重视。电动汽车上使用的动力电池是由多个电池单体通过串并联方式组成电池组,电池单体都紧密地布置在一起,在进行充放电时,各个电池单体所产生的热量互相影响,如果散热不均匀,将造成电池组局部温度快速上升,使电池的一致性恶化,使用寿命大大缩短,严重时会造成某些电池单体热失控,产生比较严重的事故。当动力电池处于低温环境中,电池的充放电性能会大大降低,导致电池无法正常工作。为了使动力电池组保持在合理的温度范围内工作,电池组必须拥有科学和高效的热管理系统。目前,国内外的许多研究人员对电池组的热管理系统做了大量的研究,进行了一些新的探索,以期提高热管理系统的控制效果,从而提高电动汽车电池组的性能和使用寿命。
国内外汽车动力电池管理系统(BMS)发展概况
目前,影响电动汽车推广应用的主要因素包括动力电池的安全性和使用成本问题,延长电池的使用寿命是降低使用成本的有效途径之一为确保电池性能良好,延长电池使用寿命,必须对电池进行合理有效的管理和控制,为此,国内外均投入大量的人力物力开展广泛深入的研究。
日本青森工业研究中心从1997年开始至今,持续进行(BMS)实际应用的研究,丰田、本田以及通用汽车公司等都把BMS纳入技术开发的重点;美国Villanova大学和USNanocorp公司已经合作多年对各种类型的电池SOC进行基于模糊逻辑的预测;韩国Ajou大学和先进工程研究院开发的BMS系统的组成结构及其相互逻辑关系。该系统在上述结构中进行功能扩展,即增设热管理系统、安全装置、充电系统以及与PC机的通信联系。另外还增加与电动机控制器的通信联系,实现能量制动反馈和最大功率控制。
我国在十二五期间设立电动汽车重大专门研究项目,经过几年的发展之后,在BMS方面取得很大的突破,与国外水平也较为接近。在国家863计划2005年第
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却风扇进行冷却,大部分电动汽车都在使用这种冷却方式,丰田Prius 和本田Insight 都采用强制冷却2002年,Kenneth J.Kelly 等人[3]对2001 年款Prius 和2000年款Insight 的电池热管理系统进行测试,结果表明,两款车的电池温度被控制在合理范围内。Prius 采用的冷却风扇有四种工作模式:停止、低速、中速和高速,热管理系统根据电池包温度的不同使风扇以不同的模式进行工作。文献[4]对空气强制冷却效果进行了实验和数值模拟,实验采用18650 型锂离子电池,当环境温度在45 ℃、放电倍率为6.67 C 时,无论空气的流速多大,都无法将电池包的温度控制在55 ℃以下;当空气流速增加时,电池单体表面温度差也将随之增大。在高温环境下,强制冷却无法将电池包的最高温度控制在安全范围内,为解决这一问题,可以采用文献[5]提出的主动热管理系统:在空气充入电池包之前,先通过冷却装置对空气进行冷却,经过冷却的空气能够有效地控制电池包的最高温度。
1.2 液体冷却
虽然气体冷却比较简单,成本低,但是冷却效果有限,尤其在高温环境、高电流放电时,比较容易出现热失控,引发安全事故。与空气相比,液体具有高的热容量和导热系数,所以,在相同体积和流速下,液体的冷却效果要明显比空气好。虽然液体冷却效果要明显优于空气冷却,但是,采用液体冷却必须考虑密封、绝缘、电池包比能量降低以及成本等问题,AhmadA.Pesaran[2,4]对这些问题进行了比较详细的讨论。文献[6]提出采用冷却盘方式对方形动力电池进行冷却,冷却盘内腔有液体流道,文章对流道的优化设计进行了详细叙述。
1.3 相变材料冷却
近年来在国外和国内出现采用相变材料(PCM)冷却的电池热管理系统展现出良好前景。利用PCM 进行电池冷却原理是:当电池进行大电流放电时,PCM 吸收电池放出的热量,自身发生相变,而使电池温度迅速降低。此过程是系统把热量以相变热的形式储存在PCM 中。在电池进行充电的时候,特别是在比较冷的
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