1、CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.全天候全生命周期電池溫度一致性管理匯報人：方勇2021/4/26CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.目錄CONTENTS電池熱管理重要性01熱管理系統設計02電池熱管理控制策略03熱管理系統測試042CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.C

2、HINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.01 電池熱管理重要性3CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.4什么是電池熱管理？電池的習性與人相似，它既受不了太熱，也不喜歡太冷，最適宜的工作溫度在10-30C之間。而汽車的工作環境非常寬廣，零下20-50C都很常見，那怎么辦呢？那就需要給電池配熱管理系統，以實現以下的4個功能：1342冷卻（風冷、直冷、液冷、相變材料冷卻）充放電過程中，電池溫度較高時，進行

3、有效散熱，避免溫度過高。保溫對電池系統進行有效保溫，防止壁面低溫環境下溫降過快，局部溫差過大。降低熱失控風險降低熱失控風險，同時進行熱失控預防和預警。加熱（液熱、加熱片加熱）電池溫度較低時，進行快速加熱。CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.高溫對電池性能的影響高溫使循環壽命降低高溫使熱失控風險增加高溫使充放電倍率降低高溫循環壽命倍率5安全CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHI

4、UM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.低溫對電池性能的影響低溫使放電容量衰減析鋰導致的內短路存在引發熱失控的風險低溫使充放電倍率降低低溫容量倍率6安全CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.溫差對電池性能的影響直流內阻出現差異溫差增大，電池包總容量降低。溫差增大，充放電倍率受限。溫差DCR容量倍率7CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY

5、TECHNOLOGY CO.,LTD.溫度一致性重要性8木桶效應：電池系統的性能、可靠性取決于最弱的一個電芯，系統的安全性取決于最不穩定的一個電芯。舉個例子，下圖是某型號三元鋰電芯最大放電電流隨溫度變化的曲線，可以看出電芯的性能和溫度關系非常大。假設大部分電芯溫度為20度，而電芯B因為加熱慢溫度只有10度，那么整個電池包都必須遷就B電芯，放電電流被迫從140A下降到100A，性能下降了三分之一。CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.PACK內產熱過程PAC

6、K內產熱過程電池產熱電池自身歐姆熱及化學反應產熱電池設計電器件產熱電流通過導電介質產生的熱量電路電連接設計導熱電池和其他零部件之間的熱傳導結構設計熱管理設計對流換熱通過流體（液冷、風冷）換熱熱管理設計9CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.自身屬性溫度SOC充放電倍率電池自身結構設計（影響DCR）及正負極反應熱。不同溫度電池DCR不同，溫度越低，DCR越高，發熱量越高。不同SOC電池DCR不同，SOC較低或較高時，DCR較大，發熱量較大。不同充放電倍率，電

7、流不同，倍率越高，電流越大，發熱量越大。影響因素電池發熱量主要影響因素10CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.02 熱管理系統設計11CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.電池熱管理冷卻系統BTMS利用空氣的自然對流換熱，將PACK、模組或電池單體的熱量傳遞到周圍空氣中。自然冷卻系統結構形式與液冷系統類似，冷卻工質為

8、制冷劑，制冷工質流經冷板時，發生相變吸熱將電芯熱量帶出電池包。直冷系統利用循環液在液冷板內循環流動，將電芯產生的熱量帶至電池包外部回路，最后通過空調系統將熱量傳遞至環境中。液冷系統通過風扇將空氣引入箱體內部，以一定的流速掠過模組或者電芯的表面，將熱量散入環境中。強制風冷12CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.電池熱管理系統設計開發流程熱管理需求及功能分析熱管理仿真優化及控制策略制定系統樣件試制及系統集成系統及零部件試驗測試熱管理系統優化設計熱管理系統概念

9、方案設計熱管理系統及零部件詳細選型設計優化優化優化優化優化優化13CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.熱管理系統需求及功能分析 根據整車使用環境、運行工況和功率需求等設計輸入，分析電池系統對熱管理系統的需求，確定熱管理系統功能及設計目標。常用的加熱和冷卻組合方式如下：自然冷卻+加熱片加熱液體冷卻+加熱片加熱液體冷卻+液體加熱電池產熱最惡劣加熱和冷卻工況仿真分析溫度及溫差控制要求防護等級、重量、成本等要求選擇合理的熱管理方式熱管理方式選擇14CHINA A

10、VIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.熱管理系統需求及功能分析溫度目標流阻目標空間目標質量目標冷卻工況：最高溫度50，溫差5；加熱工況：溫升速率0.5/min，溫差8。液冷系統流阻一般30kPa（單層板流阻仿真設計時 沖壓板釬焊液冷板 口琴管釬焊液冷板；PTC加熱片 硅膠加熱片 PI加熱膜。熱管理設計目標分析15CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY

11、 CO.,LTD.熱管理系統概念方案設計 加熱和冷卻部件位于模組底部；加熱和冷卻部件位于模組側部。傳熱路徑分析 液冷系統回路設計“多并少串”，降低系統溫差與壓降；PTC并聯設計，硅膠加熱片及PI加熱膜串聯設計。串并聯回路設計根據電池系統的模組布置方式、空間限制、成本及重量要求等方面選擇熱管理方式；液冷板、管路及接頭、導熱墊、支撐墊、溫度傳感器、加熱片等初步排布。系統概念設計16CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.液冷系統詳細選型設計液冷板設計串并聯設計流

12、道高度流道寬度液冷系統設計01020304導熱結構膠選型設計粘接強度導熱系數老化成本管路及接頭設計管路布置管徑選擇接頭選擇管路固定支撐墊選型設計壓縮比面積支撐力17CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.冷板設計-換熱量的計算 分析冷卻和加熱傳熱路徑，計算傳熱路徑熱阻鏈。18散熱設計電芯藍膜導熱膠冷板流體=電芯導熱熱阻：電芯與藍膜接觸熱阻：藍膜導熱熱阻：=藍膜與PET膜接觸熱阻：導熱膠導熱熱阻：=藍膜與導熱膠接觸熱阻：冷板導熱熱阻：=導熱膠與冷板接觸熱阻：冷

13、卻液對流換熱導熱熱阻：5=hCHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.冷板設計-換熱量的計算19=4Re=vdePr=CpNu=1.86 （RePrL/d）1/30.14=de流體流動時雷諾數Re為：de為當量直徑，對于圓形流道，當量直徑為圓形截面的幾何直徑，對于非圓形流道，當量直徑可用以下公式計算：流體流動時普朗特數Pr為：當Re0，若直接將模組裝在冷板上，會導致模組底部與冷板之間存在空氣，增大接觸熱阻，會影響傳熱，進而導致溫度高溫差大。在模組和冷板之間使用

14、導熱材料的主要目的是減少兩者之間的接觸熱阻，導熱墊和導熱膠都可以很好地填充接觸面之間的間隙。合理地選擇導熱材料（導熱膠、導熱墊），不僅要考慮其熱傳遞能力，還要兼顧生產中的工藝、維護操作性、優良的性價比。CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.導熱界面材料-導熱結構膠25導熱結構膠選型要素：1）粘接強度2）導熱系數3）老化性能導熱結構膠DV測試測試項目密度模量導熱系數斷裂伸長率剪切強度本體拉伸強度拉拔強度阻燃擊穿電壓高溫老化體積電阻率溫度沖擊介電常數硬度介電損

15、耗禁用物質CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.液冷板支撐結構選型設計26 液冷板自身不具備承重能力，為了使液冷板及導熱膠與模組底部的緊密接觸，支撐結構必須提供持久的支撐力，常用的液冷支撐結構為發泡硅膠墊和彈簧鋼。冷板支撐墊片DV測試測試項目外觀、重量、尺寸低溫脆化阻燃禁用物質介電強度材料特性體積電阻率壓縮應力壓縮永久變形應力松弛溫度沖擊拉伸強度百萬次壓縮變形CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIA

16、TION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.27 加熱方案目前主要采用液熱和加熱片加熱兩種方式加熱片主要分為PTC加熱片、PTC加熱膜、硅膠加熱片和PI加熱膜四種形式。在對加熱片進行選型設計時，應根據空間、重量、成本及加熱功率的需求，選擇合適的加熱片材質，并完成加熱片尺寸的設計。電池熱管理加熱系統CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.28電池熱管理加熱系統PTC加熱片PTC加熱膜硅膠加熱片PI加熱膜實物圖結構陶瓷發熱元件

17、+鋁板PI膜+PTC熱敏分子硅膠本體+加熱芯體PI膜+加熱芯體厚度58mm0.4mm左右1.2mm左右0.38mm左右串并聯形式并聯并聯串聯串聯功率密度特性自控溫，不干燒自控溫，不干燒無自控溫，干燒無自控溫，干燒承重能力具備承重能力不能承重不能承重不能承重布置位置模組底部模組側部模組側部或底部模組側部或底部CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.加熱片設計291.加熱功率計算=60：加熱片的加熱功率，W；、m：模組的比熱容(/)和重量（kg）；：客戶要求電池

18、加熱溫升速率，/。0=1+20%考慮到模組與其它零部件間熱傳導以及加熱片另一面散熱等各種因素的影響，增加20%左右裕量進行設計，故實際所需加熱功率為加熱片DV測試測試項目外觀、重量膠殼與端子保持力電阻焊點拉力沖擊電流溫度沖擊溫升恒溫濕熱耐壓絕緣鹽霧干燒溫度振動阻燃雙面膠剝離力接插件壓接強度禁用物質CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.05 電池熱管理控制策略30CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVI

19、ATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.電池熱管理控制策略31 電池熱管理控制策略主要包括液冷系統入口溫度、流量及冷卻和加熱開啟溫度閥值。不同工作模式下電池熱管理控制策略見下表。工作模式開啟溫度關閉溫度入口溫度入口流量低溫快充加熱152045601015L/min高溫快充冷卻35301520高溫慢充冷卻40352025高溫放電冷卻40352025自循環冷卻3027不制冷高低溫環境下，熱管理系統的能量消耗顯著影響駕乘體驗，縮減電動汽車續駛里程。高低溫環境下，熱管理系統的能量消耗顯著影響駕乘體驗，縮減電動汽車續駛里程。CHINA AVIATION LITH

20、IUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.幾種典型工況熱管理策略制定及優化過程32 高溫快充冷卻制定初版高溫快充冷卻策略；進行仿真分析/試驗測試；觀察快充過程中，是否因為溫度原因造成充電功率受限。根據測試結果，適當降低或升高冷卻系統開啟溫度；冷卻系統關閉溫度比開啟溫度低5。注：如液冷系統開啟溫度較低時，仍無法滿足冷卻需求，可適當降低液冷系統入口溫度，或增大液冷系統流量。CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BAT

21、TERY TECHNOLOGY CO.,LTD.33幾種典型工況熱管理策略制定及優化過程 低溫快充加熱制定初版低溫快充加熱策略；低溫快充加熱開啟溫度為，該溫度根據快充0.8C持續充電電流對應的最低溫度確定；低溫快充加熱關閉溫度為，該溫度根據快充1C持續充電電流對應的最低溫度確定；進行仿真分析/試驗測試；觀察快充過程中，加熱速率是否能夠滿足低溫充電時間需求；根據測試結果，如電池加熱溫升速率較低，可適當增大液冷系統入口溫度，或增大液冷系統流量。CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLO

22、GY CO.,LTD.04 熱管理系統測試34CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.熱管理系統測試及標定35液冷系統DV測試測試項目測試目的目標參數密封及流阻液冷系統氣密觀察是否漏液泄漏量/率液冷系統壓降匹配整車水泵功率進出口壓降熱性能高溫靜置熱管理性能是否滿足需求溫降速率及溫差低溫靜置溫降速率及溫差加熱性能溫升速率及溫差冷卻性能冷卻效率及溫差機械性能振動機械性能是否滿足需求液冷系統氣密球擊沖擊CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO.,LTD.CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.敬請指導36