SSB蓄电池-有轨电车动力电池系统散热性能试验研究

SSB蓄电池-有轨电车动力电池系统散热性能试验研究

储能式现代有轨电车运用电池作为动力源，其快速大电流充放电会导致发热，影响电池体系的安全。首先进行了“空调废排+相变资料”热办理与全氟己酮被动消防相结合动力电池体系安全防护规划。进行了空调废排+相变资料热办理功能实验，实验结果表明：28℃和42℃在7C充放电时单体电池间的最大温差分别为4.4℃和4.8℃，最高温度分别为39.3℃和48.3℃，最高温度下降，温度均匀性提高。

关键词：动力电池；热办理；相变资料

现代有轨电车以其清洁的动力体系、靓丽的外观、适宜的运量与速度越来越遭到国内外中小城市的青睐[1]。但是，传统的接触网在非封闭式的营运环境中所带来的景观和安全问题也不容忽视[2],然后推动了无接触网技能的开展。随着动力电池小型化，高能量比、快速充放电、环保处理而快速开展，将是未来无接触网技能开展的方向[3]。但是动力电池在充放电进程中的热堆集，以及温度不一致性，严重影响动力电池的功能和安全。本文规划了车载储能体系热办理计划，搭建了实验台，验证了车载储能体系温度在时刻与空间上的合理散布，降低储能体系作业温度并提高各模组之间的温度均匀性。

1热办理技能

现在研讨较多的电池热办理体系有风冷式、液冷式、相变资料冷却。其间空气冷却是电池热办理体系最常用的方法，但由于导热系数的限制，无论是被动空气冷却仍是主动空气冷却都不能有用阻断或推迟热失控的扩展[4]。液体冷却技能与空气冷却相比具有更好的散热作用，但仍然不能有用推迟热失控扩展，并且需要电池供电才能运转，还有存在液体泄漏的危险[5] 。相变资料可在电池正常运转或乱用条件下快速吸收热量，防止电池升温到热失控临界温度，然后阻断或推迟热失控触，但不能满意电池组长时刻运转的需求，在此布景下有必要将相变资料与其他散热方法结合，一起作为电池热办理体系。

对电池体系的散热结构进行优化，根据电池成本、绝缘以及装置方便性等多方面考虑，树立热量流转通道，将热量引出电池模块，然后经过相变资料吸收电池模块释放的热量。经过制造适宜巨细的相变模块、将电池铝板延伸作为导热片与相变模块连接，如图1所示。

图1锂电池的复合散热结构

该体系选用C20H40为相变资料，铝板为导热片，相变块外层为1mm紫铜，内部为相变资料与泡沫铜复合资料。每6个单体电池装备一个相变模块，相变资料含量0.343kg，当相变资料完全相变（消融）时所吸收热量61.74kJ。

2实验台

有轨电车配置4套360串2并的动力电池体系，4台废排风量1400m3的空调。受限于实验设备和场地，在研讨动力电池热办理功能时多选用缩比单元和均匀电流进行测验。 选用12串的钛酸锂电池和2个相变模块进行缩比测验，有轨电车运营的均匀电流7C和冷却风量为18m3/h。散热的功能是否满意最高温度小于55℃，温差小于5℃的运用要求，树立充放电-热功能耦合丈量实验台如图2所示。

图2 充放电-热功能耦合丈量实验台

3散热实验

废排风的温度为28℃，考虑到车辆空调毛病时夏季的极限温度42℃，进行典型工况散热作用测验。传感器布置原则是能够最大程度上采集电堆主要区域温度，主要为电池中心温度（T1-T6）、电极区域温度（T7正极集流体，T8负极集流体）、进出口气流温度（T9进口，T10出口），一起监测相变模块温度。

图3为28℃，18m3/h ，7C充放电情况下，放电进程电池最高温度39.3℃，充电进程中心最高温度34.6℃，各单体电池间的最大温差4.5℃，满意运用要求。

(a)7C充电电池温度

(b)7C放电电池温度

图3  28℃下18 m3/h7C充放电电池充放电温度

图4为42℃，18m3/h ，7C充放电情况下，放电进程电池最高温度48.3℃，充电进程中心最高温度44.2℃，各单体电池间的最大温差4.8℃，满意运用要求。

（a）7C充电电池温度

(b)7C放电电池温度

图4  42℃下18 m3/h7C充放电电池充放电温度

5定论

本报告以车载储能体系为剖析对象，从电池体系热办理关键问题入手，在高充放电倍率和极端外部环境条件下，使电池单体、模组和电池包内保持在最佳的作业温度范围和均匀的温度散布。进行了“空调废排+相变资料”热办理规划，测验结果表明：“空调废排+相变冷却”计划在车辆运营的极端环境，放电进程电池最高温度48.3℃，充电进程中心最高温度44.2℃，各单体电池间的最大温差4.8℃。