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主题：电动车电池的冷却问题 -- 积吉
家园 电动车电池的冷却问题 先引用《国家高技术研究发展计划（863计划）现代交通技术领域“节能与新能源汽车”重大项目2008年度第一批课题的申请指南》中的一段：
2）开发出动力蓄电池材料，形成产业化能力。其中：磷酸铁锂材料：比容量≥150mAh/g，振实密度>1.0g/cm3，能量型倍率性能≥10C，功率型倍率放电性能≥30C，-20℃放电容量不低于常温放电容量的75%，循环寿命2000次不低于常温放电容量的80％，安全性满足动力蓄电池要求，成本降低20％以上。
锰酸锂材料：比容量≥110mAh/g，振实密度>2.2g/cm3，能量型倍率性能≥10C，功率型倍率放电性能≥30C，循环寿命1000次不低于常温容量的85％，55℃条件下500次循环不低于常温放电容量的60%，安全性满足动力蓄电池要求，成本降低20％以上。
注意其中的红字，这也是锰酸锂材料电池目前最大的问题：热稳定性不好。之前的北京奥运会，大量锰酸锂电池的电动客车被应用，听到的最大抱怨是50℃条件下，动力就不行了。
所以中国电动车行业想了想中国各大城市的夏天气温，于是几乎全部改用磷酸铁锂材料电池。所以我们今天来讨论一下电池的冷却问题。
前面jugojl6兄对电动车的情况作了一个介绍，链接出处，我就不必废话了。
目前唯一披露电池冷却的技术比较详尽是这个Tesla Roadsters：
外链图片需谨慎，可能会被源头改不过里面装的A123公司的磷酸铁锂18650圆柱电池.
没有别的办法，就以上面图中重约450公斤的电池包拿来做分析。这个电池包由6800枚18650锂离子电池，分装在11个module里，有三个层次的安全保护措施，一是在每一个电池上有个电流保护元件， 二是每个 module里有印刷电路板保护电路，三是整个电池系统的的优化控制／保护系统。另外电池浸泡值由水和乙二醇组成的溶液里用以平衡整个电池的冷却。
从各个电池厂的技术资料来看，18650的磷酸铁锂电池和锰酸锂电池的容量相近，重量都是40-42克。那么6800枚18650电池就有280公斤，加上各种保护元件，总重量估计在350左右，我们就估算出乙二醇水溶液有一百公斤左右。
水的比热容是4.18kj/kg.℃, 乙二醇的比热容是2.72kj/kg.℃。由于它们是50%比50%的比例，乙二醇水溶液的比热容是3.45kj/kg.℃。换算下来就是一度电可以使一百公斤的乙二醇水溶液上升12-13℃。
现在对于锰酸锂电池的问题是怎样不让冷却液温度上升到50℃以上。
电池的冷却和发动机的冷却是不一样的。发动机的冷却液可以循环到散热器中把热量通过对流空气散发，出口和进口的温差越大越好。但电池不行，温差超过3℃就会造成电池的寿命不同。所以有必要把整个冷却液封闭起来，见上面的图。
对于像volt这样重量的电动车（注：用的是锰酸锂电池），理论百公里耗电是16度（这个应该是准确的），实际volt公布的是25度电（注：E6的磷酸铁锂百公里耗电是21.5度），相差9度电。考虑到各种其他因素，我们就算有10-20%的电能以热量的形式散发到冷却液中。
回到Tesla Roadsters的电池包，50度电有10-20%产生热，就是有5-10度电的热量在冷却液中。考虑到这个散热过程需要几个小时，有部分在冷却液中的热量以空气对流的形式散发，这个比例的大小和驾驶方式有关，是连续驾驶还是短距离多次驾驶，我们定为两个值30%和80%。
如果是30%的连续驾驶，就会有3.5-7度电的热量推高冷却液的温度42-84℃，锰酸锂电池肯定就死翘翘了。如果是80%的间断性驾驶，就会有1-2度电的热量推高冷却液的温度12-24℃，只要气温不超过35℃，锰酸锂电池一般就没有事情。
以上分析可以部分说明为什么锰酸锂电池的电动车没有超过160公里的里程原因。
封闭式电池包的弱点是：1.不能单独换单电池，2，长期行驶对封闭性有很大的影响。乙二醇的作用是防冻，但它的吸湿性强，一旦贮存容器不密封，那就杯具了。
家园 这不矛盾嘛：泡在乙二醇水溶液中 后面又担心：
但它的吸湿性强，一旦贮存容器不密封，那就杯具了。已经加了水了，害怕什么吸湿？
家园 你的数据有点牵强，计算电池发热的效率有问题 按照volt的功率差来计算有点不太严谨。 其实行驶的时候电池的散热问题不大的，关键是保证电池温度一致。
我现在用的航模锂聚合物电池，5C放电的话基本是不发热的，启动加速的时候高倍率放电20C，电池温度也不会有什么大的升高。
散热问题比较严重的是快冲。
家园 航模锂聚合物电池是小功率电池 如果电池散热不是问题，现在的电动车就不需要什么冷却系统了。但实际上正相反，特别是锰锂电池。
家园 学术计算也不能大嘴一张的估算，要有测量，有文献的 航模电池可不是小功率电池，规规矩矩的大功率，电池的载荷是看他的放电C数的，航模电池使用的时候很多都是8C平均放，25C经常冲击一下。 现在的汽车电池也是拿比航模电池大不了多少的模块组装的。
我没有说电池不需要冷却，我是说你计算的发热功率（25-16）/25得出电池发热效率达到36%是完全不科学，没有依据的。还有你说
是连续驾驶还是短距离多次驾驶，我们定为两个值30%和80%。讨论科学问题，你必须要说明为什么这么定啊，依据是什么，不能想当然啊。举个实例。
Volt的电池组是16KW.h的容量，220个电池，换算一下，每个电池的容量是16KW.h/220/3.7V/1h=19.6Ah. 假设汽车1个小时把电跑完，那正好是1C放电，1C放电对于动力电池来说是个非常安逸的状态，在平台段，95%的效率不难达到。 95%是什么概念？ 热功率也就是现在发烧级台式机的热功率，温度降下来不难，难的是如何让所有电池处于同一个温度。
不过电动车也要起步，需要高功率爆发，Volt这样的小车100KW应该足够峰值功率了，也只是6.25C. 有一篇文章，是说锂电池放电效率的。按照文章里面的测量，3.3C平均放电，方差3.3C，大约就是Volt全程都在加速，减速，加速，减速，一半时间0功率，一半时间6.25C放电，放电效率也有88%，但这种极端情况显然是不可能的，当然这里面没有讨论刹车时候的充电问题。热量的问题有个好，就是有热容，有热惯性，你的热功率必须积分再被热容除才能得到升温，一般峰值功率飙一下也就几秒钟，升温并不高。
和放电比，散热问题更大的是快速充电。
家园 如果有文献就不会在这里估算了。 问你一下，你的航模电池是什么材料的，钴酸锂？三元材料？锰酸锂还是锂铁电池？它能循环多少次？500次还是1000次？你别告诉我它只有100次.
电动车动力电池和这个航模电池根本就是两回事情，这可是要求所有电池（100块也好，1000块也好）寿命在1000次以上。一旦出事就会有人命的。
摸摸你的手机和笔记本，长期工作后有多烫，再告诉我它是以多少的倍率放电，1C？5C？还是10C？这些电池可只有电动车动力电池的千分之一。
电池发热的计算没有你说的那么复杂。因为技术要求新电池的效率在85%-90%以上，其余的都被电池的内阻消耗发热掉了，而且越老的电池发热量就越大。电动车动力电池可是要循环1000次以上的，我取10%-20%的发热率有问题吗？
volt的电池在文中只是起到直观说明作用，最后的计算用的是Tesla Roadsters的电池包。也不是用什么9/25=36%这个比例，它用来是说明volt的电池发热是个大问题。其实就是百公里用16度电，电池也同样有很大的发热。
最后还告诉你，volt放弃A123的电池是因为贵，用韩国电池是说它的冷却系统做的好。
家园 航模电池也有很多种，但和动力电池是一条路 比如你说的A123电池就一堆玩航模的在用。 笔记本的发热可不是电池自己主导的。如果把笔记本做一个整体，电池的热损耗基本是100%的，但这100%里面电池估计也就5%。
我没有说散热不重要，我只是不能认同你拿着不相干的数据随便拍脑袋估算出一堆数据。文献不难找，网上到处都是，自己搜索就可以了，我也不是做电池的。 你自己读读你自己的推导
对于像volt这样重量的电动车（注：用的是锰酸锂电池），理论百公里耗电是16度（这个应该是准确的），实际volt公布的是25度电（注：E6的磷酸铁锂百公里耗电是21.5度），相差9度电。考虑到各种其他因素，我们就算有10-20%的电能以热量的形式散发到冷却液中。回到Tesla Roadsters的电池包，50度电有10-20%产生热，就是有5-10度电的热量在冷却液中。考虑到这个散热过程需要几个小时，有部分在冷却液中的热量以空气对流的形式散发，这个比例的大小和驾驶方式有关，是连续驾驶还是短距离多次驾驶，我们定为两个值30%和80%。
这一段话有一个推导有坚实的物理基础么？ 你知道对流散热功率么？ 有类比么（比如拿电子产品被动散热片在20度温差情况下的散热功率/面积来推算）？不知道功率，也没有类比的话30%和80%你怎么得出的呢？ 拍脑袋么？
你仔细搜索一下就能得出更精细的数据，比如Tesla系统的散热系统大小，wiki上就有，146W，如果你对146W没有概念的话我可以告诉你，半个台式机，或者两个家用笔记本电脑的散热功率就在150W左右。Tesla的效率，包含上电机的效率，
The Roadster's motor efficiency, battery-to-wheel, is 92% on average and 85% at peak powerwiki上也有。 你只要用心点找找数据就不需要在这拍脑袋了。还有你算电池温升，只计算冷却液的热容，你自己想想，对么? 450kg电池组里面那一堆电池的热容能忽略么？
家园 再强调一遍：航模电池和电动车电池是两码事 它们可以用同样的电池，比如你说的都可以用A123的电池，但他们对电池的循环寿命和安全性有根本的区别。
如果把笔记本做一个整体，电池的热损耗基本是100%的，但这100%里面电池估计也就5%。我听到过不少手机笔记本电池爆炸的新闻，如果电动车电池爆炸了那就是轰动性新闻。
我没有说散热不重要，我只是不能认同你拿着不相干的数据随便拍脑袋估算出一堆数据。你自己读读你自己的推导我在上面回帖中说明了：因为技术要求新电池的效率在85%-90%以上，其余的都被电池的内阻消耗发热掉了，而且越老的电池发热量就越大。电动车动力电池可是要循环1000次以上的，我取10%-20%的发热率有问题吗？ 你认为电池的技术要求也是拍脑袋得来的。
这一段话有一个推导有坚实的物理基础么？ 你知道对流散热功率么？ 有类比么（比如拿电子产品被动散热片在20度温差情况下的散热功率/面积来推算）？不知道功率，也没有类比的话30%和80%你怎么得出的呢？ 拍脑袋么？我在正文中写的很清楚：目前唯一披露电池冷却的技术比较详尽是这个Tesla Roadsters，而且强调：电池的冷却和发动机的冷却是不一样的。发动机的冷却液可以循环到散热器中把热量通过对流空气散发，出口和进口的温差越大越好。但电池不行，温差超过3℃就会造成电池的寿命不同。所以有必要把整个冷却液封闭起来。你告诉我一个散热公式吧。
家园 请教一下 不好意思和主题无关了哈。
比亚迪车的百公里耗电，测量使用的是什么标准？Volt使用的是EPA的城市路况测试，没查到比亚迪使用的测试方法。EPA自身的三个方法，数值就会有差距的。
我发现查电动车的资料太混乱了，互相矛盾的资料不少，还是直接问你方便。
- 复 请教一下
家园 据我所知 比亚迪是用匀速50公里（？）测得的，不是城市路况。
- 复 据我所知
家园 那这个成绩有点差呢 不加速减速，和城市路况，数值效率差不少呢。
可能给出一个公开的引文出处么？文献啦，新闻啦都行。多谢。要是没正式公开过就算啦。
家园 有两种车宣称百公里耗电16度 一个是f3dm,外链出处, 一个是Tesla Roadsters。
从目前f3dm的实际使用情况来看，纯电动可以行驶60-65公里，在电量显示还有20%的情况下充电开始。
因为f3dm有16度电，换算下来就是每百公里耗电19.7-21.3度电。这个还是靠谱的。
E6最初宣称每百公里耗电18度电，后来改说21.5度电.这就是匀速运行和实际运行的区别。
家园 和电池重量关系太大 在重庆坡路多的话里程还要短
E6比同级汽油车重近1吨约80%
如果电厂效率45%电网效率90%充放电效率90%电机效率95%重量增加导致多耗动能80%则整个电动车效率只有19%
汽车从炼油95%运油90%发动机28%总效率24%
电动车能效完败
如果电池重量减轻电动车相对汽车只增重45％
能效可追上汽车
关键是电池重量
