GLPOLY動力電池導熱矽膠墊廠家談動力電池係統熱管理設計

很多人都知道，鋰離子電池自身的溫度保持在20-30℃範圍內最佳，保持在0-45℃範圍內則較為舒適：當鋰離子電池自身的溫度低於0℃時，容易出現充電析鋰或放電降功率的現象；當鋰離子電池的溫度超過45℃時，鋰離子電池的循環壽命會急劇下降，而且還可能會出現熱安全問題。然而，隨著電動汽車的普及推廣，消費者對電動汽車所處的環境要求越來越高，-30~45℃的環境溫度已經成為越來越多電動汽車所需要麵對的場景。與此同時，鋰離子電池在使用過程中產生的大量熱量，會使鋰離子電池自身的溫度升高。在此情況下，要將鋰離子電池的溫度保持在 0-45℃範圍內以保證動力電池係統壽命和安全，則需要通過高效的熱管理係統去實現：保證在-30-0℃環境溫度中使用的鋰離子電池自身的溫度不低於0℃；保證在0-55℃環境中使用的鋰離子電池自身的溫度不高於45℃。
與動力電池係統一樣，熱管理係統也是一個生態係統，它的設計過程需要遵循“V”模型開發模式、借助仿真工具以及通過大量的測試驗證，隻有這樣才能提升開發效率、節省開發成本以及保障係統的可靠性、安全性和使用壽命。
高溫除了會影響鋰離子電池的循環壽命，還會危害到鋰離子電池的安全。此外，電池係統內部的鋰離子電池之間的溫差也是影響電池係統使用的一個非常重要的因素：研究表明，當溫差超過5℃時，係統的SOC差異大於10%；此外，溫差還會導致電池係統壽命一致性和發熱一致性降低。由此可見，冷卻係統對於保證電池循環壽命、熱安全和一致性至關重要。
常用的冷卻方式主要有4種：自然冷卻、強製風冷、夜冷和製冷劑直接冷卻（簡稱直冷）。其中自然冷卻、強製風冷、和液冷這三種冷卻方式都是利用冷卻工質流過熱功率表麵時發生的對流換熱將熱量帶走，過程中冷卻工質沒有發生相變。直冷則是冷卻工質在冷板中發生相變，並利用相變吸熱帶走大量的熱量。
現在我們再來介紹一下動力電池係統熱管理設計中冷卻方式的選擇：自然冷卻係統。
自然冷卻是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，從而在一定程度上降低電池單體的溫度。由於空氣的導熱係數較低，且自然對流的流動也較弱，因此自然冷卻的散熱效率一般比較低。此外，當電池係統周圍不存在其他熱源時，溫差也可以控製 在 較小的範圍內。自然冷卻方式雖然效率較低，但這種方式的成本較低、所占的空間較小以及電池單體間的溫差較小（無外部熱源時）。在電池係統運行工況緩和、成本控製較高以及留給熱管理係統的空間十分有限的情況下，自然冷卻方式是一種可取的選擇。
雖然自然冷卻屬於空氣自然對流的一種被動冷卻方式，但仍然需要進行設計。設計的思路一般是先將電池單體的熱量從模組內部傳導到模組外部，然後再將這些熱量傳導到箱體外部，而這其中尤其是以模組的熱設計最為重要。接下來將分別對方形模組、軟包模組、和圓柱模組的自然冷卻設計進行探討。

1、方形模組

根據方形電芯的成組特點，一般在電芯與模組金屬底板之間增加可以壓縮的導熱膠層（GLPOLY的絕緣導熱墊XK-P20）從而在電芯與模組金屬底板之間建立一條傳導效率較高的導熱路徑，並將電芯產生的熱量傳遞到金屬底板上，然後將熱量傳遞到模組外部，如圖5-7所說示：

2、軟包模組

軟包電芯的特點是厚度相對較小、寬度和長度比較大，因此會利用電芯的大麵（即電芯寬度方向和長度方向形成的麵）進行熱設計。如圖5-8所示，在兩個軟包電芯之間安裝導熱的金屬板，並將電芯產生的熱量傳遞到金屬板，然後通過金屬板將熱量傳遞到模組外部。

3、圓柱模組

在成組過程中，圓柱電芯的正極和負極往往會與彙流排焊接，因此可以用於熱設計的隻有電芯的圓柱麵。一般情況下，在成組過程中將電芯之間的間距保持在一定的值，並采用錯排的方式進一步增加電芯的間距，如圖5-9所示，同時將模組的塑料外框鏤空。這樣，電芯產生的熱量通過圓柱麵傳遞到模組內部空氣中，然後通過對流傳遞到模組外部。電芯單體產生的熱量傳遞到模組外部之後，熱量還在箱體內部，還需要通過箱體本身傳遞到箱體外部。在進行箱體設計時，需要優化模組與人體之間的熱量傳遞效率。相對於模組熱設計來說，箱體的熱設計相對來說較為簡單，再此就不進行詳細描述。

　　自然冷卻的設計過程如果借助熱流體仿真分析工具，則可以在設計時獲取電池係統內部的溫度分布，並為優化設計提供指導。下圖是電池係統的熱流體仿真分析，該電池係統采用自然冷卻方式進行散熱，熱設計目標為電芯的最大溫升小於10℃，電芯之間的最大溫差小於5℃。仿真結果表明：在電池係統運行特定工況時，箱體內部電芯的最大溫升為7.5℃；電芯之間的最大溫差為2.4℃，滿足設計要求。

　　GLPOLY是國內最具影響力的動力電池導熱矽膠墊領導品牌，動力電池導熱矽膠墊生產廠家。針對新能源電動汽車領域的動力電池、轉向係統、電機控製以及水冷散熱器、（IGBT/GTO）功率模塊等熱對策，公司已完成動力電池專用導熱材料、輕量化導熱材料、非矽型導熱材料以及適合於自動化生產配套的液態型導熱墊片及卷料式導熱墊片的配套生產並率先在行業應用。目前GLPOLY服務的客戶包括全球領先前三的動力電池製造商、全球最優秀的互聯網電動汽車製造企業以及國內大型整車製造企業。我們期待和您建立並保持長期合作！攜手新能源汽車市場，共創未來！