动力电池是电动汽车的心脏,在方方面面影响着汽车的性能:能跑多少公里?最大加速度是多少?寿命如何?当然还有更重要的安全性能,上述问题均是电池不可推脱的责任。诸多因素影响着动力电池的性能,帮凶之一便是温度。电动车主们都深有感触,谈温色变。拿某款电动车型来说,明明有350公里的续航里程,到冬天后只剩原先的70%,很多人舍不得打开空调取暖,生怕影响到驾驶里程。实际上,高温也同样带来电池的损害。公开的研究数据表明,一节索尼18650电池在55℃条件下循环500次,容量衰减近70%。
当前的电池热管理方法有许多,诸如大家熟知的风冷散热以及液冷散热。由于空气对流换热系数相对较低,且强制风冷可能带来较大的温度差异,因此许多汽车厂商倾向于采用液冷板散热方案带来更好的用户体验。然而,随着动力电池能量密度不断提高、快速充电要求的提高以及对寿命要求的提升,迫切需要发展新的热管理技术来解决当前的技术瓶颈,热管这种高效导热元件便是未来高性能动力电池热管理系统最佳选择。
什么是热管?
热管是一种依靠气液相变原理的高效传热元件。液体工质在受热端蒸发汽化,在压差驱动下流向另一端并在冷凝段凝结放热,冷凝后的工质通过毛细力沿多孔材料返回蒸发段。由于其具有超高的导热系数,目前已被广泛应用与能源化工、航天特种、电力电子等领域,在动力电池热管理领域是一颗潜力新星。
采用热管进行电池热管理的优势
✔散热效率高
热管具有极低的热阻(~0.1K·W-1)和极高的导热系数(>1000W·m-1K-1),其散热热流密度可达50W·cm-2以上,换热能力远高于依靠强制风冷或单相流体对流换热方法。
✔加热速率快
公开的研究数据显示,通过热管导热对电池进行加热,其升温速率是传统PTC加热升温速率的1.5倍。30W加热功率下可在3分钟内升温20℃,若功率为70W,则可在2min内升温40℃,因此可大大缩短寒冷环境下电动汽车启动时间。
✔均温性能好
研究显示,一根长度为1m的微通道热管,在一端进行加热,其沿长度方向的温差不到2℃;一个380cm2的平板热管中心处施加一个面积为1cm2、产热量20W热源,整个表面的温差也在2℃以内,体现了热管优异的均温性。