圖 1.(a)是一層(sheet)內部的熱管理系統。冷卻管道曲折布置在電池間,冷卻液在管道內部流動,帶走電池產生的熱量。圖 1.(b)是冷卻管道的結構示意圖。冷卻管道內部被分成四個孔道,如圖 1.(c)所示。為了防止冷卻液流動過程中溫度逐漸升高,使末端散熱能力不佳,熱管理系統采用了雙向流動的流場設計,冷卻管道的兩個端部既是進液口,也是出液口,如圖 1(d)所示。電池之間及電池和管道間填充電絕緣但導熱性能良好的材料(如Stycast 2850/ct),作用是:1)將電池與散熱管道間的接觸形式從線接觸轉變為面接觸;2)有利于提高單體電池間的溫度均一度;3)有利于提高電池包的整體熱容,從而降低整體平均溫度。
圖1. Roadster的電池熱管理系統示意圖
通過上述熱管理系統,Roadster電池組內各單體電池的溫度差異控制在±2°C內。2013年6月的一份報告顯示,在行駛10萬英里后,Roadster電池組的容量仍能維持在初始容量的80%~85%,而且容量衰減只與行駛里程數明顯相關,而與環境溫度、車齡關系不明顯。上述結果的取得依賴電池熱管理系統的有力支撐。
3. 其他電動汽車的熱管理系統
3.1 日產LEAF的熱管理系統
日產汽車公司的LEAF純電動汽車采用了少見的被動式電池組熱管理系統。電池組由192節33.1 Ah的層疊式鋰離子電池組成。4節單體電池采用兩并兩串的連接形式組成模塊,48個模塊串聯組成電池組。電池組采用密封設計,外界不通風,內部也無液冷或空冷的熱管理系統,但寒冷地區有加熱選件。LEAF所采用的鋰離子電池經過電極設計后降低了內部阻抗,減小了產熱率,同時薄層(單體厚度7.1 mm)結構使電池內部熱量不易產生積聚,因此可以不采用復雜的主動式熱管理系統。電池組的壽命保證期是8年或16萬公里。
3.2 通用Volt的熱管理系統
通用汽車公司的Volt插電式混合動力汽車使用了288節45 Ah的層疊式鋰離子電池。電池組的電氣連接可等效為96片單體串聯成組,3組并聯。熱管理系統采用了液冷式設計方案,以50%水與50%乙二醇混合物為冷卻介質。單體電池間間隔布置了金屬散熱片(厚度為1 mm),散熱片上刻有流道槽。冷卻液可在流道槽內流動帶走熱量。在低溫環境下,加熱線圈可以加熱冷卻液使電池升溫。
圖2. Volt的熱管理系統
Volt的電池組內的溫度差可控制在2°C以內,有力地支持了8年的電池組壽命保證期。
4. Tesla Roadster相對于其他電動汽車在熱管理上的特點
從上述分析可以看到,Tesla Roadster在熱管理系統上遠比其他電動汽車要復雜。Tesla的電池組是由6831節單體容量較小的18650電池組成的,要保證這么多電池的溫度差異不超過±2°C是一件非常困難的事情,但是Tesla做到了,這也凸顯出Tesla在電池管理上的先進、獨到之處。