动力电池热管理技术及关键材料

第1章 概论 001
1.1 动力电池热管理的必要性 001
1.1.1　电动汽车发展的必然性 001
1.1.2　电动汽车发展面临的技术瓶颈 001
1.1.3　动力电池热管理技术 002
1.2 动力电池热管理功能要求 004
1.3 动力电池热管理技术分类 005
1.3.1　以空气为介质的电池热管理系统 005
1.3.2　以液体为介质的电池热管理系统 005
1.3.3　以相变材料为介质的电池热管理系统 006
1.3.4　其他热管理系统 007
1.4 电池热管理关键材料 008
1.5 涉及的传感器技术 009
参考文献 010 第2章 动力电池热-电化学特性 011
2.1 动力电池的电化学特性 011
2.1.1　动力电池基础电化学性能参数 011
2.1.2　动力电池性能衰退机理及影响因素分析 014
2.2 动力电池产热特性 017
2.2.1　温度对电池产热的影响 017
2.2.2　动力电池产热量来源 019
2.3 动力电池热-电化学特性关联性 020
2.3.1　热-电化学特性交互关系理论基础 020
2.3.2　磷酸铁锂电池热-电化学特性关联性 021
2.3.3　三元系动力锂电池热-电化学特性关联性 026
2.3.4　新型动力电池热-电化学特性关联性 032
2.4 超级电容器热-电化学特性 034
2.4.1　超级电容器简介 035
2.4.2　超级电容器产热 036
2.4.3　超级电容器热-电化学特性 039
参考文献 042 第3章 动力电池量热方法及测试设备 045
3.1 加速量热仪 045
3.1.1　设备介绍 045
3.1.2　测试原理 046
3.1.3　测试案例 047
3.2 等温量热仪 050
3.2.1　设备介绍 050
3.2.2　测试原理 051
3.2.3　测试案例 052
3.3 差示扫描量热仪 054
3.3.1　设备介绍 054
3.3.2　测试原理 054
3.3.3　测试案例 056
3.4 其他量热测试设备 057
3.4.1　水量热仪 057
3.4.2　锥形量热仪 058
参考文献 060 第4章 动力电池风冷系统 061
4.1 风冷系统分类与应用 061
4.1.1　被动/主动式风冷系统 061
4.1.2　串行/并行式风冷系统 062
4.2 风冷系统前沿研究现状 063
4.2.1　电池布局方式 063
4.2.2　设置扰流结构 063
4.2.3　优化流道形状 064
4.2.4　风冷耦合方式 066
4.3 风冷创新设计示例 066
4.3.1　系统概念设计 066
4.3.2　系统模型构建 068
4.3.3　温控性能优化 069
参考文献 073 第5章 动力电池液冷系统 075
5.1 液冷系统分类与应用 075
5.1.1　被动式与主动式液冷 075
5.1.2　非接触式与接触式液冷 076
5.1.3　液冷流体工质简介 077
5.2 板式液冷系统 077
5.2.1　液冷板类型 077
5.2.2　板式液冷放置形式 078
5.2.3　板式液冷进出形式 079
5.2.4　板式液冷流道形式 080
5.2.5　板式液冷尺寸形式 081
5.3 管式液冷系统 082
5.3.1　直管式冷却 082
5.3.2　环绕式冷却 082
5.4 直冷式液冷系统 083
5.4.1　直冷式工作原理 083
5.4.2　制冷剂物性参数 084
5.4.3　直冷式冷板设计 086
5.4.4　直冷式应急冷却 087
5.5 浸没式冷却系统 088
5.5.1　浸没工质 088
5.5.2　单相流体 092
5.5.3　多相流体 092
5.5.4　浸没式设计示例 093
5.6 工程实例 095
参考文献 096 第6章 相变冷却技术及材料 099
6.1 相变材料简介 099
6.2 相变材料的分类 100
6.2.1　以相变形式分类 100
6.2.2　以相变温度范围分类 100
6.2.3　以材料成分分类 101
6.3 定形相变材料制备方法 104
6.3.1　多孔基体吸附法 104
6.3.2　熔融共混法 104
6.3.3　原位聚合法 105
6.3.4　微胶囊法 105
6.4 相变材料电池热管理技术 105
6.4.1　增强复合相变材料的导热性能 106
6.4.2　增强复合相变材料的电绝缘性能 107
6.4.3　增强复合相变材料的力学性能 107
6.4.4　增强复合相变材料的阻燃性能 108
6.5 相变材料耦合二次散热技术 109
6.5.1　PCM耦合空冷散热 109
6.5.2　PCM耦合液冷散热 109
6.5.3　PCM耦合热管散热 110
6.5.4　PCM耦合其他金属器件 111
6.5.5　技术耦合存在的问题 111
参考文献 112 第7章 电池低温加热技术和材料 114
7.1 低温加热技术 114
7.2 外部加热 115
7.2.1　空气加热 115
7.2.2　液体加热 116
7.2.3　电阻加热 117
7.2.4　热泵加热 118
7.2.5　PCM加热 119
7.2.6　其他外部加热技术 120
7.2.7　外部加热技术总结 123
7.3 内部加热 123
7.3.1　内部自加热 124
7.3.2　相互脉冲加热 125
7.3.3　自热式锂离子电池 125
7.3.4　交流电加热 127
7.3.5　内部加热技术总结 128
7.4 电池加热系统的材料应用 129
参考文献 131 第8章 电池热安全中的传感器技术 134
8.1 电池管理系统中的传感器技术 134
8.2 电池安全性能传感器技术 135
8.2.1　电流传感器技术 135
8.2.2　电压传感器技术 137
8.2.3　温度传感器技术 138
8.2.4　湿度传感器技术 139
8.2.5　应力应变传感器技术 141
8.3 电池安全预警传感器技术 143
8.3.1　气压传感器技术 143
8.3.2　多类气体传感器技术 143
参考文献 147 第9章 多物理场耦合仿真技术与方法 149
9.1 仿真技术与仿真软件 149
9.1.1　动力电池仿真技术 149
9.1.2　商用仿真软件 ANSYS 和 COMSOL 150
9.2 共轭传热与流动模型介绍 151
9.2.1　共轭传热简介 151
9.2.2　共轭传热应用 151
9.2.3　流体流动模型 151
9.3 动力电池热-电化学模型介绍 153
9.3.1　电池产热与热失控模型 153
9.3.2　电池等效电路模型 156
9.3.3　老化模型 157
9.4 双电位MSMD电池模型理论 159
9.4.1　概述 159
9.4.2　NTGK方法 159
9.4.3　Newman’s P2D方法 160
9.5 主动式电池热管理模拟 163
9.5.1　基于强制风冷的热管理系统模拟案例 163
9.5.2　基于液体冷却的热管理系统模拟案例 169
9.5.3　混合式电池热管理系统模拟案例 173
9.6 被动式电池热管理模拟 184
9.6.1　相变传热与熔化凝固理论 184
9.6.2　基于相变材料的模拟案例 187
9.6.3　基于热管的电池热管理案例 193
9.7 电池热失控模拟与结构优化设计 199
9.7.1　电池热失控模拟 199
9.7.2　结构优化设计 201
参考文献 208 第10章 热管理及隔热防护材料 212
10.1 整车电池包热管理材料 212
10.1.1　导热材料 212
10.1.2　密封材料 215
10.1.3　结构支撑材料 216
10.2 电池灾害防护材料 217
10.2.1　防火阻燃材料 217
10.2.2　电池灭火材料 218
10.2.3　隔热防护材料——气凝胶 221
参考文献 224 第11章 热管理系统中的换热器组件 226
11.1 换热器组件 226
11.1.1　换热器种类 226
11.1.2　结构设计 228
11.1.3　换热效率 234
11.2 换热器制造 236
11.2.1　工艺流程 236
11.2.2　质量控制 240
11.3 典型失效模式 242
11.3.1　主板开裂 242
11.3.2　板式换热器内漏 243
11.3.3　腐蚀失效 244 第12章 整车热管理运行及实践 246
12.1 整车热管理的战略意义与发展前景 246
12.1.1　战略意义 246
12.1.2　整车热管理系统的研究范围与研究目标 248
12.1.3　整车热管理系统的主要对象与关键技术 249
12.2 整车热管理的控制理念与分类 250
12.2.1　热管理系统的控制理念 250
12.2.2　整车热管理系统的分类 253
12.3 热管理系统的功能安全设计 259
12.3.1　诊断功能设计 259
12.3.2　零部件故障诊断 259
12.3.3　制冷系统诊断策略 262
12.3.4　故障出现后的处理 262
12.3.5　例程控制(0x31routine) 263
12.4 热管理的典型工况与案例分析 264
12.4.1　热管理系统的典型工况 264
12.4.2　经典案例分析 268 第13章 其他动力运载工具 275
13.1 飞行汽车 275
13.1.1　飞行汽车的分类 275
13.1.2　飞行汽车发展的瓶颈问题和核心技术 276
13.1.3　动力电池热管理技术在飞行汽车上的应用 277
13.1.4　飞行汽车的发展前景 278
13.2 电动船舶 278
13.2.1　电动船舶结构 279
13.2.2　电动船舶电池系统及安装规范 280
13.2.3　动力电池热管理技术在电动船舶上的应用 281
13.2.4　电动船舶发展前景与展望 283
13.3 电动无人机 283
13.3.1　无人机能源控制系统 285
13.3.2　电池热管理系统 287 参考文献 290 附录 292