解决电池包保温设计"痛点"-从导热路径优化电池包保温性能
电池包的保温与导热路径设计是确保电池在适宜温度范围内工作的关键,尤其在极端环境下(高温或低温)对电池性能、寿命和安全性至关重要。
新能源电动汽车的低温“痛点”是指靠近端板位置的电芯由于受到端板传热的影响,温度较其他位置电芯要低,是重点保温部位。下图为低温保温工况下电池包温度分布云图。仿真结果显示,保温工况下电池包的低温“痛点”主要集中在靠近端板的位置,靠近端板位置的电芯温度最低,这也是造成电池包整体温差较大的主要原因。
现在针对电池包的导热路径进行分析,主要有以下三条路径:
路径(1) 热量通过电芯大面传递给端板,其中一部分通过端板传递给电池箱体,另一部分通过端板传递给冷板,然后通过冷板传递给电池箱体,两部分热量均通过电池箱体散失到环境中;
路径(2) 热量通过电芯底面传递给冷板,其中一部分通过冷板传递给电池箱体,另一部分通过冷板传递给端板,然后通过端板传递给电池箱体,两部分热量均通过电池箱体散失到环境中;
路径(3) 热量通过箱内环境传递给上下箱体,然后通过上下箱体散失到环境中
一、内部保温设计
针对电池包内部靠近端板的低温 “痛点”,通过优化端板与箱体的隔热措施实现保温,具体方案及效果如下:
| | |
---|
| | 最低温度较原始方案(-2.1℃)提升 1.5℃至 - 0.6℃,最大温差降低 2.32℃至 28.38℃ |
| | 最低温度提升 1.96℃至 - 0.14℃,最大温差降低 2.26℃至 28.44℃(增厚效果有限) |
| 端板喷涂 1mm 丙烯酸树脂 + 端板与箱体间夹 1mm 环氧板(螺栓接触箱体) | 最低温度提升 0.5℃至 - 0.1℃,最大温差降低 2.21℃至 28.49℃ |
| 端板喷涂 1mm 丙烯酸树脂 + 端板与箱体间夹 1mm 环氧板(螺栓不接触箱体) | 最低温度提升 5.38℃至 4.78℃,最大温差降低 6.76℃至 23.94℃(效果最优,凸显螺栓隔热的重要性) |
二、外部保温设计
针对电池包外部散热路径,重点优化箱体关键部位的保温,方案及效果如下:
| | |
---|
| | 最低温度仅提升 0.08℃至 - 2.02℃,温差降低 0.32℃至 30.38℃(效果微弱) |
| | 最低温度提升 7.03℃至 4.93℃,最大温差降低 6.05℃至 24.65℃ |
| | 最低温度提升 7.66℃至 5.56℃,最大温差降低 7.42℃至 23.28℃(外部保温最优方案) |
三、内外结合保温设计
整合内部与外部最优措施,进一步提升保温性能,方案及效果如下:
| | |
---|
| 端板 1mm 丙烯酸树脂 + 箱体底部 5mm 丙烯酸树脂 | 最低温度提升 8.12℃至 6.02℃,最大温差降低 7.48℃至 23.22℃ |
| 端板 1mm 丙烯酸树脂 + 箱体底部及边框 5mm 丙烯酸树脂 | 最低温度提升 8.55℃至 6.45℃,最大温差降低 8.34℃至 22.36℃ |
| 端板 1mm 丙烯酸树脂 + 箱体底部及边框 5mm 丙烯酸树脂 + 冷板与端板不焊接 | 最低温度提升 11.38℃至 9.28℃,最大温差降低 10.38℃至 20.32℃(整体最优,冷板与端板分离进一步减少传热) |
四、核心结论
内部保温关键
:端板与箱体的隔热(尤其是螺栓部位)对改善低温 “痛点” 作用显著,单纯增加保温材料厚度效果有限。 外部保温重点
:箱体底部是外部保温的核心区域,不做底部保温时,内部措施难以满足保温需求。 最优组合策略
:内外保温结合(端板喷涂 + 箱体底部及边框喷涂 + 冷板与端板分离)可最大化提升电池包最低温度并减小温差,为低温环境下电池性能提供有效保障。