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浅谈纯电动汽车动力电池低温性能_新能源股有哪些

时间:2020-11-01 11:38 刘佰温三肖必特期期准:三丰新能源 刘佰温三肖必特期期准:卡特

有关研究表明[1-3]:低温环境对锂离子动力电池性能的影响很大,通过改变电池材料体系来解决难度较大,并且基于当前环境下的材料供应链、设备、制造工艺及成本等方面考虑,也无法实现批量生产。 因而目前广泛采用辅助加热系统[4-7]对电池进行加热,使其工作于最佳性能状态。

为了更清楚地了解电池在低温下的性能和特性, 以便更好地优化纯电动汽车动力电池系统的加热策略和传热[8-9]、导热结构设计,本文选用磷酸铁锂电池包为研究对象,分别在0℃、-10℃、-20℃环境条件下测试单体电池降温与时间的关系,并结合风速对电池降温速率的影响建立电池降温速率计算模型。通过测试验证,电池降温数学模型能很好地反映电池降温特性。

电池降温性能测试 ·

电池包放入环境舱之前,先静置于常温24℃±2℃ 环境下,直到电池温度趋于稳定(与环境温度差不超过2℃,静置时间不超过24h),然后将电池包置于0℃、-10℃、-20℃环境舱中分别静置24h,记录3种测试环境温度下的降温数据与静置时间的关系,其中环境舱温度为0℃和-20℃的电池包中各单体电池的降温曲线如图1所示。

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先在同一环境温度下进行横向分析。由图1可知,对于环境舱温度为0℃的环境,电池静置的前0.5h,电池还未产生温降,体现出电池具有保持原温度状态的“惯性”。经过0.5h的热传递,电池开始大幅降温,并且随着电池布置空间位置的不同而呈现不同的降温速率。在2~10h静置时间段,各电池温度均以较大降温速率下降,在静置10h后随着电池温度与环境温差的减小,降温速率不断降低。19h后电池温度趋近于环境舱温度,基本达到平衡状态。对于环境舱温度为-10℃(未图示)和-20℃的环境,在0.5~9h时,环境温度越低电池降温曲线越陡,在静置9h以后,降温曲线缓慢下降。总体上有类似的降温过程。

从纵向分析,3种环境温度下降温曲线的上下极限线所形成的带宽基本一致,只是降温速率随着环境温度的下降而增大。上下极限线之间的带宽和电池包的宽度有关系,越靠近电池包中部的电池散热条件越差,电池的降温速率越小,电池间的温差越大。本文选择的电池包宽度为830mm,目前整车厂使用的电池包一般布置于舱内、底盘纵梁内,允许布置电池箱体的宽度一般不会超过该数值(根据标准GB/T34013-2017[10]中除序号5推荐的尺寸大于该值外,其他均小于830mm),因此本方案数据具有一定的代表意义。从数据中还发现,电池间的温差会随着环境温度的降低而增大,在-20℃环境下电池间的最大温差达到了12℃。

电池降温速率数学模型的建立 ·

为了更好地分析电池降温与环境温度的关系,对测量数据进行整理,提取出电池包中所有单体电池的温差与时间的对应数据,算出该电池包中电池平均温模型(拟合曲线),如图2(a)所示。差与时间的一般关系,并以此建立电池降温速率数学

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图 2 电池降温速率拟合曲线与实际曲线对比

该拟合曲线得R²=0.999,说明拟合曲线与实际数据之间具有极高的吻合程度,也说明拟合曲线具有良好的可靠性。从曲线可知,在温差达到32℃以上时,电池的降温速率≥5℃/h;在温差达到12~32℃时,电池的降温速率为2~5℃/h;温差低于5℃时,电池降温速率很小。

电池包实际安装于整车上,容易受到风速的影响。 电池降温速率与风速成近似正比关系,因此引入线性修正函数,其数值具有随着电池温度与环境温度差值增大而增大的特性,适用于2m/s≤风速≤8m/s、温差>12℃时的环境条件。然而风速<2m/s、温差≤12℃的环境条件,对电池降温速率影响很小,不需要引入修正函数。

定义φ(x₈,xbt)表示电池降温速率(℃/h),f(x₈,xbt)表示测试降温速率,g(x₈,xbt)表示环境修正函数,x₈表示环境温度(℃),xbt表示某时刻电池温度自变量(℃),则电池降温速率数学模型可变为:

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数学模型的测试验证 ·

电池包安装于整车上,在内蒙进行降温测试,环境温度为-9~-15℃ ,风速为2~5m/s时,实际单体电池降温速率曲线与按本文数学模型计算所得的单体电池降温速率曲线对比如图2(b)所示。从数据中可知,计算数据具有较好的吻合度,对于实际评价降温时间和加热策略的设计具有较好的参考价值。