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動力電池高溫原因分析

2019.11.14 來源:EIP

  目前純電動環衛車動力電池主要為鋰離子電池,而鋰離子電池在充放電過程中會產生熱量導致電池溫度升高,且產生熱量隨充放電電流增大而增加。故當整車在大電流充放電會導致電池溫度持續升高。過高溫度會導致電池的循環次數下降,對電池的壽命和安全性有影響,為了避免電池出現高溫衰減加快的情況,電池管理系統在48℃以上(不同電池廠家由于電芯設計不同,溫度會略有調整)時會采取主動保護措施,降低充電電流,減少電池的持續發熱,屬于正常現象。

  引起電池發熱主要有以下幾個因素:

  受內外部環境溫差和降溫時間影響大,根據換熱公式:Q=qt=AKΔTt,其中Q為換熱量,q為換熱效率,A為換熱面積,K為換熱系數,ΔT為電池與環境的溫度梯度,t為換熱時間;其中A和K值與箱體內部結構有關,基本沒有調整空間。所以在一定的換熱面積和換熱系數下,白天環境溫度和電池整體溫度均較高,電池與環境的溫度梯度低,電池的換熱效率低;

  根據市場車輛運營大數據分析,車輛在夏季充滿電的情況下進行擱置,根據內外部溫差不同略有變化,但整車電池平均溫降速率約為1℃/h;

  正常情況下,從理論計算,1C充電溫升大概為0.5C充電溫升的2倍,根據發熱量公式Q=I2*R*t,其中I為充電電流,R為電池的直流內阻,t為充電時間。在電芯本身確定的情況下,R默認為定值,僅與SOC狀態有關。充入相同電量的情況下電流增大一倍,充電時間減少一半,整體溫升增加一倍;

  由于鋰離子電池特性,在低SOC和高SOC時,電池內部材料濃差極化較大,導致電池內阻相對較大。依據實測數據,電池內阻在40%~90%SOC區間,內阻最小,發熱量也最少,所以建議補電區間選擇40%~90%SOC;

  鋰離子電池的發熱量由電池電流通過產生的焦耳熱和電池內部化學反應產生的化學熱組成。充電時主要是由于電池電流通過產生的焦耳熱造成;放電時由電池電流通過產生的焦耳熱和內部化學反應產生的化學熱組成。放電時降低放電電流時,電池內部的化學反應速率降低,電流通過產生的焦耳熱和內部產生的化學熱均會明顯降低;

  除此之外,針對部分用戶充電機資源與車輛比例嚴重失調,6~8臺車使用1臺充電樁充電,隨著夏季電量消耗增加,充電機負荷加大,在出現電池高溫降流后,充電時間延長的情況繼續惡化,最終影響客戶車輛運營。

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