鋰動力電池管理系統(tǒng)熱管理策略研究

王曉文 李雪 梁姣利

摘 要：鋰動力電池作為新能源之一，也是電動車的主要材料，雖具有許多的優(yōu)勢但是材料本身還是存在一定的缺陷，最明顯的缺陷就是溫度不穩(wěn)定。對電池的管理就需要電池管理系統(tǒng)，對于溫度的管理則采用熱管理系統(tǒng)，這兩種的管理系統(tǒng)相互配合才能保證鋰動力電池安全使用。

關(guān)鍵詞：鋰動力電池;熱管理;策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.220

鋰動力電池的出現(xiàn)緩解了石化能源緊張的問題，同時也讓人們重新思考了能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的問題，新能源的使用勢在必行?？沙掷m(xù)發(fā)展成為全球發(fā)展的新理念，各種新能源的誕生與使用也使得可持續(xù)發(fā)展理念得到了貫徹，在這其中電動車的推廣使用使得鋰動力電池活躍起來，在多個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

1 溫度對于鋰動力電池的影響

鋰動力電池誕生在20世紀(jì)屬于新型高能電池，它被廣泛的應(yīng)用于日用與軍工領(lǐng)域，隨著全球溫度變暖“溫室效應(yīng)”影響加深，對于能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整勢在必行，而電能作為節(jié)能高效的能源被廣泛的運用，并逐步的替代石化能源，電動車的出現(xiàn)就是順應(yīng)時代的發(fā)展要求，并得到了全球的認(rèn)可。在鋰動力電池?zé)峁芾碇?，最主要的管理就是對溫度的控制與調(diào)整，以此來保證鋰動力電池能夠穩(wěn)定安全的使用，可以說溫度對于鋰動力電池有著不可忽視的影響。溫度對于鋰動力電池的影響主要有幾個方面，分別是：

1.1 電池性能影響

電池的使用壽命與安全性都與它的性能有著直接性的關(guān)系，而溫度對于電池的影響又是最為關(guān)鍵的。簡單的說，若是電池的溫度較高的時候，其內(nèi)部的電池活性物質(zhì)越發(fā)活躍，電池的內(nèi)阻會相應(yīng)的減小，這樣能夠提高電池的使用效率;反之，若是電池的溫度較低，電池的活性物質(zhì)不夠活躍，那么電池的內(nèi)阻都會隨之增加，這樣在實際的使用中容量就會減少，那么電池的能量使用效率就會比較低。電池如果一直在高溫的環(huán)境下進(jìn)行工作，電池的使用壽命就會跟著縮短，在性能方面也會降低，這樣的狀態(tài)又是無可避免的，尤其是電動車會在運行的過程中局部的溫度能超過70攝氏度，如此情況下鋰電池組在熱環(huán)境中就會產(chǎn)生單體性能不均衡的狀態(tài)，這種不均衡狀態(tài)長久持續(xù)下去就會縮短鋰電池組的壽命從而導(dǎo)致整體的失效，也縮減了電池的壽命。

1.2 安全性影響

電池雖然在高溫狀態(tài)下能更好的發(fā)揮性能，但是溫度一旦超過零界點不但不能使得電池發(fā)揮好的性能還可能會造成電池在使用的過程中發(fā)生爆炸現(xiàn)象。鋰動力電池會發(fā)生熱失控的原因就是電池溫度不斷的升高，隨著溫度的升高電池的各處性能都在發(fā)生著改變，一旦超過安全的使用范圍，就可能引發(fā)電池發(fā)生爆炸的危險。因此，鋰動力電池在實際的使用過程中對于溫度的控制不只是依靠熱管理系統(tǒng)，同時也需要電池管理系統(tǒng)的配合。

2 鋰動力電池?zé)峁芾碛行Р呗?/p>

2.1 溫控范圍與限值

電池管理系統(tǒng)最主要就是保證鋰電池組能夠在安全的溫度下進(jìn)行工作，并且能夠準(zhǔn)確的提供車輛控制所需要的各種信息，一旦發(fā)生異常就能夠及時的作出反應(yīng)，同時也能夠根據(jù)溫度、環(huán)境等的變化來調(diào)整電池的充放電功率等。電池管理系統(tǒng)的主要功能就是對電池的各種參數(shù)、狀態(tài)、故障、熱管理等進(jìn)行相應(yīng)的管理與監(jiān)測。熱管理在這其中就是為了保證電池能在正常溫度下進(jìn)行運行，是對溫度的一種有效管理與監(jiān)測。鋰動力電池的種類是很多的，那么相應(yīng)的溫控范圍與限值也就不盡相同，要根據(jù)不同的種類來選擇相應(yīng)的熱管理。為了體現(xiàn)出熱管對鋰動力電池溫控范圍與限值的影響就簡單的以幾種常見的鋰動力電池來進(jìn)行說明。

磷酸鐵鋰電池它工作的正常溫度控制范圍是-10℃～60℃，不過通過對其進(jìn)行的各種實驗證明了其在0℃以下是不能推動電動車進(jìn)行正常的行駛的。以此來看，可以確定電動車鋰動力電池的溫度應(yīng)該控制在0℃～60℃。在這樣的溫控范圍內(nèi)，無論是電阻還是電壓都需要在合適的溫度下才能保證電池的使用壽命，一般來說25℃與40℃是比較接近的，若是電池在46℃的情況下進(jìn)行連續(xù)性的工作，會直接導(dǎo)致電池的壽命縮短一半，在這樣的情況下，高倍率的充放電其實是相當(dāng)明顯的。因此，熱管可以將35℃或者46℃作為對電池的兩個溫控限值。

2.2 控制策略

鋰動力電池電芯的溫度與電池箱的內(nèi)部環(huán)境溫度的差值就被稱作溫升，而電芯之間的溫度差值則被稱為溫差。這也是熱管的內(nèi)容中不容忽視的部分，電芯是否正常就需要對其所處的溫度進(jìn)行檢測，要保證電芯的工作溫度一致，在這個情況下就可以將溫升最大值定義為6℃，溫差的最大值則為3.5℃。熱管控制策略有幾種狀況，即：（1）<0℃時，電池管理系統(tǒng)就會對熱管理提出電池需要加熱的指令，說明在這種狀況下，并沒達(dá)到可以正常運行的狀態(tài)，就需要熱管理對電池進(jìn)行預(yù)熱以保證電動車可以正常的運行，一般都是外部溫度比較低的狀況下。（2）≥0℃且<35℃時，電池管理系統(tǒng)就會認(rèn)為電池處于正常的運行狀態(tài)，這時就不需要熱管理對其進(jìn)行額外的溫度控制，在這種狀態(tài)下，電動車能保證正常的行駛，電池的性能也能保持最佳，是一個比較合理的溫度范圍，在這個溫度下電池整體都處于安全的溫度范圍，熱管理無需多做其它。（3）0℃<<35℃且35℃<<45℃時，在這種狀態(tài)下，電池管理系統(tǒng)是允許電池進(jìn)行正常的充放電，并且通知熱管理進(jìn)行必要的散熱冷卻處理，這是一個相對比較復(fù)雜的溫度狀態(tài)，在這里就需要熱管理配合著電池管理系統(tǒng)來對電池進(jìn)行溫度的控制，必要的散熱冷卻是為了將電池的高溫保持在正常的溫度范圍之內(nèi)。

3 總結(jié)

總而言之，鋰動力電池在未來有著宏觀的發(fā)展前景，它的優(yōu)勢要凸顯但是存在的缺陷也是不能忽視的，若不能妥善的改善鋰動力電池存在的缺陷就無法使其穩(wěn)定的發(fā)展，通過熱管理來彌補其溫度上的缺陷，只有控制好溫度才能保證鋰動力電池可以長久的使用，延長其使用壽命，拓寬其發(fā)展領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

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