純電動汽車的熱管理技術
純電動汽車的熱管理系統,除去滿足保證駕駛人員舒適的駕駛環境,控制車室內環境的溫度、濕度、送風溫度等,主要是對動力電池進行溫控,對動力電池的控溫是保障電動汽車高效安全運行的重要前提。
用于動力電池的冷卻方式有很多種,可分為空氣冷卻、液體冷卻、散熱片冷卻、相變材料冷卻和熱管冷卻等。
溫度過高或過低都會影響鋰離子電池的使用性能,但不同溫度對電池內部結構以及離子化學反應等所造成的影響是不同的。
低溫時,充放電過程中電解液的離子電導率較低、正極/電解液界面和負極/電解液界面的阻抗較高,從而影響正極與負極表面的電荷傳遞阻抗及鋰離子在負極中的擴散速度,最終影響電池倍率放電性能和充放電效率等關鍵指標。低溫下,電池的電解液中部分溶劑會發生凝固,導致鋰離子遷移困難;隨著溫度下降電解質鹽的電化學反應阻抗會不斷增加,同時其離子的離解常數也不斷減低,這些因素都會嚴重影響離子在電解質中的移動速率,降低電化學反應速率;并且低溫下電池在充電過程中由于鋰離子遷移困難會引發鋰離子還原成金屬鋰枝晶反應,導致電解液分解,濃差極化增加,并且這種鋰金屬枝晶銳角鋒利,易刺穿電池內部隔膜,引發電池內短路,引發安全事故。
高溫不會導致電解液溶劑凝固,也不會降低電解質鹽離子的擴散速率;相反,高溫而會提高材料的電化學反應活性,提高離子擴散速率加快鋰離子的遷移,因此從某種意義上講高溫有助于提高鋰離子電池的充放電性能。但是溫度過高時會加速SEI膜分解反應,嵌鋰碳與電解液的反應,嵌鋰碳與粘接劑的反應,電解液分解反應以及正極材料的分解反應,從而嚴重影響電池的使用壽命和使用性能。以上所發生的這些反應幾乎都是不可逆的,當這些反應速率加快時,電池內部可用于進行可逆電化學反應的物質會迅速減少,使電池性能在短時間內衰退。并且當電池溫度持續上升超過電池安全溫度后電池內部自發發生電解液及電極的分解反應,這將在極短的時間內產生大量的熱量,即發生電池的熱失效,這將導致電池徹底被破壞。在電池箱狹小的空間內,熱量難以及時散出,短時間內出現熱量的迅速堆積,這極有可能導致電池熱失效的迅速蔓延,使電池包冒煙、自燃甚至爆炸等安全事故的發生。