1、電動(dòng)汽車很“火”，但電池需要“冷”下來匯報(bào)人：高等傳熱學(xué)課外拓展學(xué)習(xí)-1-3 11/29目錄一、電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展四、今后研究方向三、電池?zé)峁芾砑總z二、溫度對(duì)電池影響22/29一、電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展33/294純電動(dòng)汽車：由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車混合動(dòng)力汽車：能從可消耗燃料或可再充電能/能量?jī)?chǔ)存裝置取得動(dòng)力汽車。燃料電池汽車：以燃料電池作為動(dòng)力電源汽車。1.1 電動(dòng)車分類4/2951.2 電動(dòng)車發(fā)展5/296截止2010月，全世界幾乎全部主流汽車企業(yè)都宣告了電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)型計(jì)劃。 205月，大眾稱已經(jīng)開始了一個(gè)投資120億美元電動(dòng)車計(jì)劃，計(jì)劃2030年推出30個(gè)電動(dòng)車車型。209月，豐田宣告和馬自達(dá)、電裝成立

2、合資企業(yè)研發(fā)電動(dòng)車，計(jì)劃在20上路，當(dāng)前投資共19億美元。2010月，日產(chǎn)、三菱、雷諾合資企業(yè)宣告在 2022 年以前投入100億歐元，用于推出 8 款純電動(dòng)車和 12 款混合動(dòng)力車。通用汽車 投入了10億美元用于電動(dòng)汽車研發(fā)，年宣告深入投資178億美元用于電動(dòng)車生產(chǎn)。在中國(guó)市場(chǎng)，通用汽車計(jì)劃在20推出10款新能源汽車。6/297 我國(guó)計(jì)劃到新能源汽車年產(chǎn)銷量達(dá)200萬輛，累計(jì)產(chǎn)銷量達(dá)500萬輛，明確了到2025年新能源汽車銷量占總銷量百分比到達(dá)20%以上。7/298 在11月9日召開第二屆國(guó)際燃料電池汽車大會(huì)上，中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)付于武預(yù)測(cè)：“到2030年，我國(guó)氫能汽車產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值有望突破萬

3、億元大關(guān)。”8/29二、溫度對(duì)電池影響99/2910first溫度過高或者過低，都會(huì)影響電池內(nèi)部反應(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)使電池溫度過高而造成熱失控，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)闺姵匕l(fā)生爆炸。10/2911從圖中可看出，電動(dòng)車在使用過程中起火較多，這是因?yàn)槠囋谛旭傔^程中燃料電池溫度過高，從而引發(fā)汽車自燃。11/2912年4月，杭州首批電動(dòng)出租車上路運(yùn)行還不到3個(gè)月，一輛正在運(yùn)行眾泰朗悅純電動(dòng)出租車發(fā)生自燃。年普銳斯發(fā)生過一起自燃事件。造成起火原因是一個(gè)電芯電極連接處沒有按照要求連接，從而造成連接處松動(dòng)，繼而熱控片不起作用，造成電池發(fā)燒，從而電池爆開，電解液被引燃。1

4、2/2913在低溫環(huán)境下，因?yàn)殡娊庖赫扯仍黾樱恋K電荷載體移動(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，造成汽車無法充電。在電池溫度過高時(shí)進(jìn)行有效換熱，預(yù)防熱失控事故。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)溫度差異，抑制局部熱區(qū)形成，預(yù)防高溫降低電池組壽命所以，電池?zé)峁芾韺?duì)提升汽車性能含有主要意義。13/29三、電池?zé)峁芾矸椒?414/291515/29163.1 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速形成自然風(fēng)將電池?zé)崃繋ё?。該方法?jiǎn)單易行，成本低，散熱過程熱量交換以自然對(duì)流為主，主動(dòng)式風(fēng)冷散熱：散熱

5、過程熱量交換主要是強(qiáng)制對(duì)流，所以，假如電池模塊周圍空間允許，能夠安裝局部散熱器或風(fēng)扇，也可利用輔助或汽車自帶蒸發(fā)器來提供冷風(fēng)。16/2917風(fēng)冷式電池散熱通風(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)過程中不停被加熱，所以右側(cè)電池散熱效果比左側(cè)差，電池溫度輕易出現(xiàn)右側(cè)高于左側(cè)情況。并行通風(fēng)：經(jīng)過楔形進(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經(jīng)過，有利于空氣在不一樣電池單體、電池模塊間更均勻分布。17/29183.2 液冷式電池散熱被動(dòng)式：液體介質(zhì)流過電池被加熱，溫度上升，熱流體經(jīng)過泵進(jìn)行輸送，經(jīng)過換熱器與外界空氣進(jìn)行熱交換，溫度降低，被冷卻流體（冷卻液）再次流過

6、電池，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。主動(dòng)式：熱流體與外界熱量交換主要經(jīng)過汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷媒或與空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合方式進(jìn)行。主動(dòng)式液冷系統(tǒng)主要耗能來自泵與制冷系統(tǒng)。18/2919與空冷式散熱系統(tǒng)相比，液冷式散熱系統(tǒng)即使復(fù)雜，但冷卻效果好。電池單體或模塊和液體之間傳熱效率與液體熱物性都相關(guān)系。流速相同時(shí)，大多數(shù)直接接觸式液體傳熱效率要遠(yuǎn)優(yōu)于空氣。19/29203.3 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，也能夠采取夾套式結(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)把熱量以相變潛熱形式儲(chǔ)存在PCM中，從而吸收電池放

7、出熱量使電池溫度快速降低。電池通常布置成對(duì)稱形式，模塊A、B、C、D作為數(shù)學(xué)模型邊界，電池中間對(duì)稱面則作為傳熱計(jì)算絕熱面。20/2921應(yīng)用模式相變材料在電池包中應(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)。以下列圖所表示：21/2922慣用相變材料石蠟水合鹽脂肪酸22/2923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冷程度小無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)熱能力差過冷現(xiàn)象顯著屢次循環(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23/2924基于PCM電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中，PCM應(yīng)滿足以下要求：（1）含有適宜相

8、變溫度（普通應(yīng)高于環(huán)境溫度，低于電池?zé)峁芾?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）過冷度小或者沒有過冷現(xiàn)象；（4）過冷度小或者沒有過現(xiàn)象；（5）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、不易燃、不易爆；（6）儲(chǔ)量大、價(jià)格低廉。24/2925三種方法比較風(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）沒有發(fā)生漏液可能。（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?。?）散熱、均溫效果好（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（3）無需花費(fèi)電池額外能量缺點(diǎn)（1）散熱效果普通（2）電池封裝、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25/29263.4 熱管冷卻 熱管是由利用蒸發(fā)相變來傳熱一個(gè)熱管理系統(tǒng)。它是一個(gè)密封結(jié)構(gòu)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)管中液體快速蒸發(fā)，蒸汽在微小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)液體再在毛細(xì)力作用下沿多孔材料流回蒸發(fā)端，如此循環(huán)不