动力电池高温原因分析
前纯电动环卫车动力电池主要为锂离子电池,而锂离子电池在充放电过程中会产生热量导致电池温度升高,且产生热量随充放电电流增大而增加。故当整车在大电流充放电会导致电池温度持续升高。过高温度会导致电池的循环次数下降,对电池的寿命和安全性有影响,为了避免电池出现高温衰减加快的情况,电池管理系统在48℃以上(不同电池厂家由于电芯设计不同,温度会略有调整)时会采取主动保护措施,降低充电电流,减少电池的持续发热,属于正常现象。
引起电池发热主要有以下几个因素:
1,受内外部环境温差和降温时间影响大,根据换热公式:Q=qt=AKΔTt,其中Q为换热量,q为换热效率,A为换热面积,K为换热系数,ΔT为电池与环境的温度梯度,t为换热时间;其中A和K值与箱体内部结构有关,基本没有调整空间。所以在一定的换热面积和换热系数下,白天环境温度和电池整体温度均较高,电池与环境的温度梯度低,电池的换热效率低;
2,根据市场车辆运营大数据分析,车辆在夏季充满电的情况下进行搁置,根据内外部温差不同略有变化,但整车电池平均温降速率约为1℃/h;
3,正常情况下,从理论计算,1C充电温升大概为0.5C充电温升的2倍,根据发热量公式Q=I²*R*t,其中I为充电电流,R为电池的直流内阻,t为充电时间。在电芯本身确定的情况下,R默认为定值,仅与SOC状态有关。充入相同电量的情况下电流增大一倍,充电时间减少一半,整体温升增加一倍;
4,由于锂离子电池特性,在低SOC和高SOC时,电池内部材料浓差极化较大,导致电池内阻相对较大。依据实测数据,电池内阻在40%~90%SOC区间,内阻最小,发热量也最少,所以建议补电区间选择40%~90%SOC;
5,锂离子电池的发热量由电池电流通过产生的焦耳热和电池内部化学反应产生的化学热组成。充电时主要是由于电池电流通过产生的焦耳热造成;放电时由电池电流通过产生的焦耳热和内部化学反应产生的化学热组成。放电时降低放电电流时,电池内部的化学反应速率降低,电流通过产生的焦耳热和内部产生的化学热均会明显降低;
除此之外,针对部分客户充电机资源与车辆比例严重失调,6~8台车使用1台充电桩充电,随着夏季电量消耗增加,充电机负荷加大,在出现电池高温降流后,充电时间延长的情况继续恶化,最终影响客户车辆运营。