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电动摩托车锂电池恒温安全装置的研究与开发

时间:2025-08-03 03:45:18 浏览次数:

摘要:一种给小型锂电池组提供恒温保障的装置,由以下几个部分组成:电动车电机水冷罩、导体加热片水管、冷却液,水箱,散热板,散热风扇,温度继电器,电磁换向阀,降压器,水泵,锂电池电池箱。其中,在电池箱内部有铜管与温度继电器,该装置的使用有效提高了锂电池的使用寿命和续航里程。

关键词:电动摩托车;锂电池;恒温;使用寿命;续航里程

0 引言

该系统工作原理是,锂电池在低温下,正负极材料中,带电离子的扩散运动能力变差,穿越电极与电解液的钝化膜变得困难,在电解液中传递的速度也降低,并且在传递过程中还会额外产生很多热量。锂离子到达负极以后,在负极材料内部的扩散也变得不顺畅。全部的过程,带电离子的运动都变得困难重重,在外部看来,就是电芯的内阻升高了。同时电池容量也下降。

在低温下充电时,活性物质表面形成的沉积物,增加了电阻。降低了活性粒子的有效表面积,增加了离子电阻。锂电池的可用容量和能量同时发生衰退。

为了解决锂电池在低温下性能不佳的情况,我们设计了一种锂电池的恒温系统,在电池充电的时候就可以恒温充电,提高充电效率。

1 该系统结构介绍

现有的电动车锂电池通过控制温度来提高性能的方案有两种:第一种是在锂电池组当中放入加热板。这种方法对锂电池的加热不均匀,可能会造成个别电芯由于高温而损坏。第二种方法就是利用加热板加热水,然后在锂电池箱内部设置铜管,通过水泵将加热板加热过的水流经锂电池箱内部的铜管,从而使锂电池温度升高。这种方法仅能对电池加热,并没有在炎热环境下给电池降温的功能。 本项目的科学性在于考虑了保证恒温对电源效能的提升,在设计的系统中通过集成芯片与控制加温或者降温,使电源始终保持在较为恒定的工作温度。 项目的独特之处在于运用了电动车电机运行时产生的热量来辅助加热板加热,打造了一个局部能源循环回收系统,使得电源使用效率更高。

该系统具有冷循环与热循环两种模式。当电动车启动,水泵的电源被接通,从水箱中抽出水,如果电池箱内部温度低于温度继电器的温度,系统进入热循环阶段,温度继电器会接通加热板,同时控制电磁换向阀关闭电机水冷散热板与电池箱内部铜管通向散热板的水路,被电机与加热板加热的水通过水管流过电池箱内部的铜管,从而使锂电池的温度升高,提高锂电池的放电能力。 当电池箱内部温度高于设定温度时,系统进入冷循环阶段,温度继电器断电,从而使电磁换向阀打开电机水冷散热板与电池箱内部铜管通向散热板的水路。电机水冷散热板与电池箱内部铜管的热水在水泵的推动下流过散热板,降低电池箱的温度,同时也降低了锂电池的温度。

大部分电动车预热电池都是采用电池的电量预热电池,这会浪费掉一部分的电池电量,从而导致电动车续航里程的减少。该套系统在温度低于零摄氏度,并且电池处于充电状态的时候,该恒温系统热循环启动,利用外接的充电器电源加热冷却液,将电池的温度维持在25摄氏度左右。这种设计避免了电动车在低温下充电效率低下以及预热电池损耗电动车续航里程的问题。

2 一号原型测试锂电池组装机实地测试数据

2.1 锂电池组放电效率测试数据

将装有锂电池效能提高系统和没有装有该系统的两组电池装车,分别在室外温度-5摄氏度环境下,以时速30KM/H匀速行驶的状态下,电池电压与行走里程的关系如图1所示。

由图1可见,装有恒温系统的锂电池组在同样行驶了45KM之后的电压高于没有装有恒温系统的普通锂电池组。

将装有锂电池效能提高系统和没有装有该系统的两组电池装车,分别在室外温度-5摄氏度环境下,以时速50KM/H匀速行驶的状态下,电池剩余容量与行走里程的关系如图2所示。

由图2可见,装有恒温系统与没有装恒温系统的普通锂电池组在同样行驶70KM后,装有恒温系统锂电池组的剩余容量大于没有装恒温系统的普通锂电池组。

2.2 锂电池组充电效率测试数据

将装有恒温系统的锂电池组与没有装有恒温系统的普通锂电池组用恒流5A的电流充电8小时,室温-5摄氏度的情况下,电池容量与充电时间的关系如图3所示。

由图3可见,在同样充电8小时,装有锂电池恒温系统的锂电池的能量比没有装有锂电池恒温系统的普通锂电池的能量高,可见恒温系统在一定程度上提高了充电效率。

3 结语

研发的锂电池恒温系统主要是为了解决小型电动交通工具上锂电池在低温下性能不佳的问题,制作了两组装有恒温系统的锂电池进行测试,通过将锂电池组实地装车测试出的结果显示该锂电池恒温系统对电池的放电效率有一定的提高。同時,这一次攀登计划中仍有许多不足,首先是装有恒温的锂电池组造价太高,不能大量制造测试锂电池来装车测试得出更多的数据;其次是该恒温系统占用空间较大,锂电池组的能量密度有所下降。

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