图 1.(a)是一层(sheet)内部的热管理系统。冷却管道曲折布置在电池间,冷却液在管道内部流动,带走电池产生的热量。图 1.(b)是冷却管道的结构示意图。冷却管道内部被分成四个孔道,如图 1.(c)所示。为了防止冷却液流动过程中温度逐渐升高,使末端散热能力不佳,热管理系统采用了双向流动的流场设计,冷却管道的两个端部既是进液口,也是出液口,如图 1(d)所示。电池之间及电池和管道间填充电绝缘但导热性能良好的材料(如Stycast 2850/ct),作用是:1)将电池与散热管道间的接触形式从线接触转变为面接触;2)有利于提高单体电池间的温度均一度;3)有利于提高电池包的整体热容,从而降低整体平均温度。
图1. Roadster的电池热管理系统示意图
通过上述热管理系统,Roadster电池组内各单体电池的温度差异控制在±2°C内。2013年6月的一份报告显示,在行驶10万英里后,Roadster电池组的容量仍能维持在初始容量的80%~85%,而且容量衰减只与行驶里程数明显相关,而与环境温度、车龄关系不明显。上述结果的取得依赖电池热管理系统的有力支撑。
3. 其他电动汽车的热管理系统
3.1 日产LEAF的热管理系统
日产汽车公司的LEAF纯电动汽车采用了少见的被动式电池组热管理系统。电池组由192节33.1 Ah的层叠式锂离子电池组成。4节单体电池采用两并两串的连接形式组成模块,48个模块串联组成电池组。电池组采用密封设计,外界不通风,内部也无液冷或空冷的热管理系统,但寒冷地区有加热选件。LEAF所采用的锂离子电池经过电极设计后降低了内部阻抗,减小了产热率,同时薄层(单体厚度7.1 mm)结构使电池内部热量不易产生积聚,因此可以不采用复杂的主动式热管理系统。电池组的寿命保证期是8年或16万公里。
3.2 通用Volt的热管理系统
通用汽车公司的Volt插电式混合动力汽车使用了288节45 Ah的层叠式锂离子电池。电池组的电气连接可等效为96片单体串联成组,3组并联。热管理系统采用了液冷式设计方案,以50%水与50%乙二醇混合物为冷却介质。单体电池间间隔布置了金属散热片(厚度为1 mm),散热片上刻有流道槽。冷却液可在流道槽内流动带走热量。在低温环境下,加热线圈可以加热冷却液使电池升温。
图2. Volt的热管理系统
Volt的电池组内的温度差可控制在2°C以内,有力地支持了8年的电池组寿命保证期。
4. Tesla Roadster相对于其他电动汽车在热管理上的特点
从上述分析可以看到,Tesla Roadster在热管理系统上远比其他电动汽车要复杂。Tesla的电池组是由6831节单体容量较小的18650电池组成的,要保证这么多电池的温度差异不超过±2°C是一件非常困难的事情,但是Tesla做到了,这也凸显出Tesla在电池管理上的先进、独到之处。