圖 1.(a)是一層(sheet)內(nèi)部的熱管理系統(tǒng)。冷卻管道曲折布置在電池間,冷卻液在管道內(nèi)部流動,帶走電池產(chǎn)生的熱量。圖 1.(b)是冷卻管道的結(jié)構(gòu)示意圖。冷卻管道內(nèi)部被分成四個孔道,如圖 1.(c)所示。為了防止冷卻液流動過程中溫度逐漸升高,使末端散熱能力不佳,熱管理系統(tǒng)采用了雙向流動的流場設(shè)計,冷卻管道的兩個端部既是進(jìn)液口,也是出液口,如圖 1(d)所示。電池之間及電池和管道間填充電絕緣但導(dǎo)熱性能良好的材料(如Stycast 2850/ct),作用是:1)將電池與散熱管道間的接觸形式從線接觸轉(zhuǎn)變?yōu)槊娼佑|;2)有利于提高單體電池間的溫度均一度;3)有利于提高電池包的整體熱容,從而降低整體平均溫度。
圖1. Roadster的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)示意圖
通過上述熱管理系統(tǒng),Roadster電池組內(nèi)各單體電池的溫度差異控制在±2°C內(nèi)。2013年6月的一份報告顯示,在行駛10萬英里后,Roadster電池組的容量仍能維持在初始容量的80%~85%,而且容量衰減只與行駛里程數(shù)明顯相關(guān),而與環(huán)境溫度、車齡關(guān)系不明顯。上述結(jié)果的取得依賴電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的有力支撐。
3. 其他電動汽車的熱管理系統(tǒng)
3.1 日產(chǎn)LEAF的熱管理系統(tǒng)
日產(chǎn)汽車公司的LEAF純電動汽車采用了少見的被動式電池組熱管理系統(tǒng)。電池組由192節(jié)33.1 Ah的層疊式鋰離子電池組成。4節(jié)單體電池采用兩并兩串的連接形式組成模塊,48個模塊串聯(lián)組成電池組。電池組采用密封設(shè)計,外界不通風(fēng),內(nèi)部也無液冷或空冷的熱管理系統(tǒng),但寒冷地區(qū)有加熱選件。LEAF所采用的鋰離子電池經(jīng)過電極設(shè)計后降低了內(nèi)部阻抗,減小了產(chǎn)熱率,同時薄層(單體厚度7.1 mm)結(jié)構(gòu)使電池內(nèi)部熱量不易產(chǎn)生積聚,因此可以不采用復(fù)雜的主動式熱管理系統(tǒng)。電池組的壽命保證期是8年或16萬公里。
3.2 通用Volt的熱管理系統(tǒng)
通用汽車公司的Volt插電式混合動力汽車使用了288節(jié)45 Ah的層疊式鋰離子電池。電池組的電氣連接可等效為96片單體串聯(lián)成組,3組并聯(lián)。熱管理系統(tǒng)采用了液冷式設(shè)計方案,以50%水與50%乙二醇混合物為冷卻介質(zhì)。單體電池間間隔布置了金屬散熱片(厚度為1 mm),散熱片上刻有流道槽。冷卻液可在流道槽內(nèi)流動帶走熱量。在低溫環(huán)境下,加熱線圈可以加熱冷卻液使電池升溫。
圖2. Volt的熱管理系統(tǒng)
Volt的電池組內(nèi)的溫度差可控制在2°C以內(nèi),有力地支持了8年的電池組壽命保證期。
4. Tesla Roadster相對于其他電動汽車在熱管理上的特點(diǎn)
從上述分析可以看到,Tesla Roadster在熱管理系統(tǒng)上遠(yuǎn)比其他電動汽車要復(fù)雜。Tesla的電池組是由6831節(jié)單體容量較小的18650電池組成的,要保證這么多電池的溫度差異不超過±2°C是一件非常困難的事情,但是Tesla做到了,這也凸顯出Tesla在電池管理上的先進(jìn)、獨(dú)到之處。