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電動(dòng)汽車(chē)很“火”，但電池需要“冷”下來(lái)匯報(bào)人：高等傳熱學(xué)課外拓展學(xué)習(xí)2018-1-3

1目錄一、電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展四、今后研究方向三、電池?zé)峁芾硎侄味?、溫度?duì)電池的影響2一、電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展34純電動(dòng)汽車(chē)：由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)混合動(dòng)力汽車(chē)：能從可消耗的燃料或可再充電能/能量?jī)?chǔ)存裝置獲得動(dòng)力的汽車(chē)。燃料電池汽車(chē)：以燃料電池作為動(dòng)力電源的汽車(chē)。1.1電動(dòng)車(chē)的分類(lèi)51.2電動(dòng)車(chē)的發(fā)展6截止2017年10月，全世界幾乎所有的主流汽車(chē)公司都宣布了電動(dòng)汽車(chē)的轉(zhuǎn)型計(jì)劃。2017年5月，大眾稱已經(jīng)開(kāi)始了一個(gè)投資120億美元的電動(dòng)車(chē)計(jì)劃，計(jì)劃2030年推出30個(gè)電動(dòng)車(chē)車(chē)型。2017年9月，豐田宣布和馬自達(dá)、電裝成立合資公司研發(fā)電動(dòng)車(chē)，計(jì)劃在2020年上路，目前投資共19億美元。2017年10月，日產(chǎn)、三菱、雷諾的合資公司宣布在2022年以前投入100億歐元，用于推出8款純電動(dòng)車(chē)和12款混合動(dòng)力車(chē)。2005年通用汽車(chē)投入了10億美元用于電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)，2009年宣布進(jìn)一步投資178億美元用于電動(dòng)車(chē)生產(chǎn)。在中國(guó)市場(chǎng)，通用汽車(chē)計(jì)劃在2020年推出10款新能源汽車(chē)。7我國(guó)計(jì)劃到2020年新能源汽車(chē)年產(chǎn)銷(xiāo)量達(dá)200萬(wàn)輛，累計(jì)產(chǎn)銷(xiāo)量達(dá)500萬(wàn)輛，明確了到2025年新能源汽車(chē)銷(xiāo)量占總銷(xiāo)量的比例達(dá)到20%以上。8在2017年11月9日召開(kāi)的第二屆國(guó)際燃料電池汽車(chē)大會(huì)上，中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)付于武預(yù)測(cè)：“到2030年，我國(guó)氫能汽車(chē)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值有望突破萬(wàn)億元大關(guān)。”二、溫度對(duì)電池的影響910first溫度過(guò)高或者過(guò)低，都會(huì)影響電池內(nèi)部的反應(yīng)速率。second添加文本添加文本而且，電池在高溫環(huán)境下工作會(huì)使電池溫度過(guò)高而導(dǎo)致熱失控，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)闺姵匕l(fā)生爆炸。11從圖中可看出，電動(dòng)車(chē)在使用過(guò)程中起火較多，這是因?yàn)槠?chē)在行駛過(guò)程中燃料電池溫度過(guò)高，從而引起汽車(chē)自燃。122011年4月，杭州首批電動(dòng)出租車(chē)上路運(yùn)營(yíng)還不到3個(gè)月，一輛正在運(yùn)營(yíng)的眾泰朗悅純電動(dòng)出租車(chē)發(fā)生自燃。2008年普銳斯發(fā)生過(guò)一起自燃事件。導(dǎo)致起火的原因是一個(gè)電芯電極連接處沒(méi)有按照規(guī)定連接，從而導(dǎo)致連接處松動(dòng)，繼而熱控片不起作用，導(dǎo)致電池發(fā)熱，從而電池爆開(kāi)，電解液被引燃。13在低溫環(huán)境下，由于電解液粘度增加，阻礙電荷載體的移動(dòng)，影響電流產(chǎn)生，極端情況下，電解液甚至凍結(jié)，造成電池?zé)o法放電，導(dǎo)致汽車(chē)無(wú)法充電。在電池溫度過(guò)高時(shí)進(jìn)行有效換熱，防止熱失控事故。在電池溫度較低時(shí)進(jìn)行溫度預(yù)熱，提升電池溫度，確保充電、放電性能和安全性減小電池組內(nèi)的溫度差異，抑制局部熱區(qū)形成，防止高溫降低電池組壽命因此，電池的熱管理對(duì)提高汽車(chē)的性能具有重要意義。三、電池?zé)峁芾矸椒?415163.1風(fēng)冷式電池散熱被動(dòng)式風(fēng)冷散熱：指不使用任何外部輔助能量直接利用車(chē)速形成的自然風(fēng)將電池的熱量帶走。該方法簡(jiǎn)單易行，成本低，散熱過(guò)程熱量交換以自然對(duì)流為主，主動(dòng)式風(fēng)冷散熱：散熱過(guò)程的熱量交換主要是強(qiáng)制對(duì)流，因此，如果電池模塊周?chē)臻g允許，可以安裝局部散熱器或風(fēng)扇，也可利用輔助的或汽車(chē)自帶的蒸發(fā)器來(lái)提供冷風(fēng)。17風(fēng)冷式電池散熱的通風(fēng)方式串行通風(fēng)：低溫空氣從左側(cè)進(jìn)入，右側(cè)流出電池模塊，空氣流動(dòng)過(guò)程中不斷被加熱，因此右側(cè)電池散熱效果比左側(cè)差，電池溫度容易出現(xiàn)右側(cè)高于左側(cè)的情況。并行通風(fēng)：通過(guò)楔形的進(jìn)氣與排氣通道設(shè)計(jì)，使得各電池單體、電池模塊之間氣流平行通過(guò)，有利于空氣在不同電池單體、電池模塊間更均勻的分布。183.2液冷式電池散熱被動(dòng)式：液體介質(zhì)流過(guò)電池被加熱，溫度上升，熱流體通過(guò)泵進(jìn)行輸送，通過(guò)換熱器與外界空氣進(jìn)行熱交換，溫度降低，被冷卻的流體（冷卻液）再次流過(guò)電池，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。主動(dòng)式：熱流體與外界的熱量交換主要通過(guò)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷媒或與空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合的方式進(jìn)行。主動(dòng)式液冷系統(tǒng)主要耗能來(lái)自泵與制冷系統(tǒng)。19與空冷式散熱系統(tǒng)相比，液冷式散熱系統(tǒng)雖然復(fù)雜，但冷卻效果好。電池單體或模塊和液體之間的傳熱效率與液體的熱物性都有關(guān)系。流速相同時(shí)，大多數(shù)直接接觸式液體的傳熱效率要遠(yuǎn)優(yōu)于空氣。203.3基于相變材料電池散熱將相變材料（PCM）用于電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)時(shí)，把電池組直接浸在PCM中，也可以采用夾套式結(jié)構(gòu)，在單體電池外部套一層環(huán)形PCM，形成一個(gè)少稍大的單體電池，進(jìn)而再組成電池組。在電池進(jìn)行放電時(shí)，系統(tǒng)把熱量以相變潛熱的形式儲(chǔ)存在PCM中，從而吸收電池放出的熱量使電池溫度迅速降低。電池通常布置成對(duì)稱形式，模塊A、B、C、D作為數(shù)學(xué)模型的邊界，電池中間對(duì)稱面則作為傳熱計(jì)算的絕熱面。21應(yīng)用模式相變材料在電池包中的應(yīng)用主要有兩種模式:（a）

電池單元直接置于相變材料(b)相變材料將電池單元夾在中間，形成三明治結(jié)構(gòu)。如下圖所示：22常用相變材料石蠟水合鹽脂肪酸23石蠟水合鹽脂肪酸優(yōu)點(diǎn)儲(chǔ)熱密度高相變溫度范圍廣過(guò)冷程度小無(wú)相分離相變潛熱大導(dǎo)熱性好價(jià)格低廉相變潛熱較高缺點(diǎn)導(dǎo)熱能力差過(guò)冷現(xiàn)象明顯多次循環(huán)后易發(fā)生相變分離對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求高相變材料比較24基于PCM的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中，PCM應(yīng)滿足如下要求：（1）具有適宜的相變溫度（一般應(yīng)高于環(huán)境溫度，低于電池?zé)峁芾?/p>

的最高目標(biāo)溫度）；（2）相變潛熱大，比熱容以及導(dǎo)熱系數(shù)大；（3）過(guò)冷度小或者沒(méi)有過(guò)冷現(xiàn)象；（4）過(guò)冷度小或者沒(méi)有過(guò)現(xiàn)象；（5）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)毒、不易燃、不易爆；（6）儲(chǔ)量大、價(jià)格低廉。25三種方法比較風(fēng)冷式電池散熱液冷式電池散熱基于相變材料電池散熱優(yōu)點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量相對(duì)較小。（2）沒(méi)有發(fā)生漏液的可能。（3）有害氣體產(chǎn)生時(shí)能及時(shí)通風(fēng)。（4）成本較低。（1）與電池壁之間換熱系數(shù)高（2）冷卻、加熱速度快（3）體積較小（1）散熱、均溫效果好（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（3）無(wú)需耗費(fèi)電池額外能量缺點(diǎn)（1）散熱效果一般（2）電池的封裝、安裝位置及散熱面積需要重點(diǎn)設(shè)計(jì)（1）結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，增加系統(tǒng)重量（2）存在漏液可能（3）維修保養(yǎng)復(fù)雜（1）單一PCM材料導(dǎo)熱系數(shù)低263.4熱管冷卻熱管是由的利用蒸發(fā)相變來(lái)傳熱的一種熱管理系統(tǒng)。它是一種密封結(jié)構(gòu)的空心管，一端是蒸發(fā)端，一端是冷凝端。工作原理是蒸發(fā)端受熱時(shí)毛細(xì)管中的液體迅速蒸發(fā)，蒸汽在微小的壓力差下流向另外一端遇冷重新凝結(jié)釋放出大量熱量，凝結(jié)的液體再在毛細(xì)力作用下