油電混合動(dòng)力汽車(chē)電池組溫度控制探究

于瀛　靳璐

【摘 要】在對(duì)于油電混合動(dòng)力汽車(chē)電池組的溫度控制探究過(guò)程中，要明確熱管理系統(tǒng)在汽車(chē)運(yùn)行中扮演的角色，確定其對(duì)于油電混合動(dòng)力汽車(chē)性能提升的重要性。必須要了解現(xiàn)行的混合動(dòng)力汽車(chē)熱管理的方法，總結(jié)各類(lèi)方法的利弊。而后，找到一種更切實(shí)可行的區(qū)別于傳統(tǒng)方式的電池?zé)峁芾矸椒?，詳?xì) 闡述其工作過(guò)程。而后通過(guò)論證，分析它的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。進(jìn)而做出這種方案的預(yù)設(shè)效果，并嘗試投入使用，為今后油電混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)展提供幫助。

【關(guān)鍵詞】油電混合動(dòng)力汽車(chē)；電池組熱管理；溫度控制

電池在汽車(chē)構(gòu)件中有著非常重要的作用，它是汽車(chē)電力系統(tǒng)的電力來(lái)源。在油電混合動(dòng)力汽車(chē)中，電池組不僅給車(chē)燈，儀表盤(pán)，空調(diào)等用電器提供能量來(lái)源，在必要的時(shí)候，還為汽車(chē)提供動(dòng)力源。所以電池組性能的優(yōu)劣，在一定程度上決定了混合動(dòng)力汽車(chē)的好與壞。但目前，人們常常忽略由于溫度極端化給電池組帶來(lái)的損害，造成混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力電池組充放電效率下降，從而影響了整車(chē)的性能和續(xù)航里程。因此，找到合適的電池?zé)峁芾矸椒ㄖ陵P(guān)重要，在某種程度上，它決定了油電混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)展，影響著汽車(chē)技術(shù)的進(jìn)步。

1 油電混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力電池組發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)如今，無(wú)論是混合動(dòng)力汽車(chē)還是純電動(dòng)汽車(chē)，在充電、高速長(zhǎng)時(shí)間行駛或者爬坡的時(shí)候，動(dòng)力電池產(chǎn)生的熱量對(duì)汽車(chē)的損害不言而喻。在寒冷的冬季，由于溫度過(guò)低，必然影響動(dòng)力電池中的電荷運(yùn)動(dòng)，使電池充放電受阻，大大削弱了電池的工作效率，因此低溫工作狀態(tài)降低了汽車(chē)動(dòng)力電池的續(xù)航里程，縮短了電池的使用壽命，影響了混合動(dòng)力汽車(chē)性能。

動(dòng)力電池系統(tǒng)熱量主要是電池工作過(guò)程中的電芯產(chǎn)生，由于汽車(chē)結(jié)構(gòu)，電池組擺放位置，電池包材料等原因，熱量不能及時(shí)消耗。影響油電混合動(dòng)力汽車(chē)電池組中的單體電池的工作效率原因會(huì)有很多，但主要是由于電池包中的熱量過(guò)多累積，便會(huì)造成電池組各處溫度不均。因此電池組充放電循環(huán)效率降低，進(jìn)而影響電池的功率和能量發(fā)揮，更甚者還會(huì)導(dǎo)致熱失控。影響油電混合動(dòng)力汽車(chē)的安全性與可靠性。在低溫環(huán)境下，電池電解液導(dǎo)電率會(huì)因此而降低，影響放電效率。充電時(shí)，電極表面固體電解質(zhì)的相界膜增厚，電阻增加，影響充電效率。要想保持電池組發(fā)揮最佳性能，就就必須對(duì)電池進(jìn)行熱管理，控制電池包溫度在可控范圍內(nèi)，由此便可以保持電池動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。提高汽車(chē)安全性和續(xù)航里程。

簡(jiǎn)單來(lái)講，電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)就是在電池溫度極端化的時(shí)候，對(duì)電池組的散熱和升溫管理。只有不斷提高汽車(chē)安全性能，有電混合動(dòng)力汽車(chē)才能在科技發(fā)展的長(zhǎng)河中屹立不倒，保障駕駛員和乘車(chē)者的人身安全是關(guān)鍵。

2 油電混和動(dòng)力汽車(chē)電池組的熱管理方法

以動(dòng)力電池降溫來(lái)說(shuō)，常用方法有風(fēng)冷、液冷和利用散熱板等材料冷卻的方式。每種方法都有其優(yōu)越性，只有透徹分析并深入探究后，再優(yōu)化整合才能尋找更妥善的方法來(lái)用于有電混合動(dòng)力汽車(chē)之中。

所謂風(fēng)冷降溫，大都是利用空氣流動(dòng)來(lái)帶走電池組產(chǎn)生的熱量，這種傳統(tǒng)的方式簡(jiǎn)單易行，不需要對(duì)汽車(chē)結(jié)構(gòu)進(jìn)行過(guò)多的改變，并且對(duì)油電混合動(dòng)力汽車(chē)的各種系統(tǒng)之間的配合要求并不高，但電池組溫度梯度較大，電池包之間溫度差異大，彼此相互影響，不能穩(wěn)定運(yùn)行，因此這種方法有待更深一層的探究。然而，電池組一般安裝在汽車(chē)底盤(pán)位置，所處的位置相對(duì)比較封閉，空氣流動(dòng)不暢，溫度變化范圍≦3℃，所以很難起到降溫作用。較為炎熱的夏天和寒冷的冬天，都會(huì)對(duì)電池組溫度產(chǎn)生影響，環(huán)境溫度很大程度決定了電池組的溫度，因此風(fēng)冷降溫方式更受環(huán)境制約。液冷方式較風(fēng)冷來(lái)說(shuō)，受環(huán)境影響較小，冷卻效率有所提高。但是，對(duì)于混合動(dòng)力汽車(chē)或者純電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，通過(guò)液冷來(lái)降低電池組溫度是一件有待商討的事。動(dòng)力電池電壓相對(duì)而言比較大，如果用來(lái)冷卻的液體發(fā)生泄露，對(duì)于汽車(chē)和人的傷害將是致命性的。所以用液冷方式給混合動(dòng)力電池電池降溫存在極大的安全隱患。利用散熱板等材料給電池降溫的方法，減小了降溫不均和安全問(wèn)題，但從汽車(chē)輕量化考慮，是有一定的不妥之處，而且尋找導(dǎo)熱能力好，散熱能力強(qiáng)的材料，還存在一定的科學(xué)難度。

從動(dòng)力電池升溫方面考慮，以上三種方式只做到了降溫，在電池溫度過(guò)低時(shí)，不能起到升溫作用。而且就現(xiàn)在汽車(chē)的熱管理方法來(lái)看，沒(méi)有考慮到電池溫度過(guò)低時(shí)升溫的問(wèn)題，忽略了由于低溫給混動(dòng)和純電動(dòng)汽車(chē)帶來(lái)的損害。因此，尋找一種切實(shí)可行熱管理方法，綜合動(dòng)力電池散熱升溫于一體，不僅是當(dāng)前迫在眉睫的事，更是未來(lái)混合動(dòng)力電池和純電動(dòng)汽車(chē)電池?zé)峁芾矸椒ǖ陌l(fā)展方向。

3 油電混合動(dòng)力汽車(chē)電池溫度控制方案研究

油電混合動(dòng)力汽車(chē)有多種混合模式，有輕度混合、中度混合和重度混合這三種。輕度混合動(dòng)力汽車(chē)在行駛過(guò)程中，主要由發(fā)動(dòng)機(jī)提供能量，支持汽車(chē)運(yùn)行，電池組起輔助作用，只有在汽車(chē)啟動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足時(shí)，電動(dòng)機(jī)才提供動(dòng)力。中度和重度混合動(dòng)力汽車(chē)將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)完美結(jié)合。汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)，電池電量處于飽和狀態(tài)，能獨(dú)自自主提供動(dòng)力。從而減少了傳統(tǒng)汽油汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)瞬時(shí)油耗較大的問(wèn)題，同時(shí)減少二氧化碳排放，對(duì)環(huán)境危害較小。當(dāng)電量低于60%時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)提供汽車(chē)所需動(dòng)力，蓄電池吸收制動(dòng)能量，遇到爬坡，低速行駛的時(shí)候，兩者同時(shí)提供動(dòng)力，減少油耗。無(wú)論哪種混合動(dòng)力汽車(chē)，電池組都扮演者非常重要的角色，然而在電池的充電，放電過(guò)程中，溫度自然會(huì)升高，影響放電效率，甚至縮短電池使用壽命。下面以重度混合動(dòng)力汽車(chē)為例，探討決絕電池組溫度極端化的方案。

電池組溫度極端化即溫度過(guò)高或者過(guò)低。無(wú)論哪種情況，首先需要一個(gè)檢測(cè)裝置與中央控制系統(tǒng)連接，用來(lái)監(jiān)測(cè)電池溫度變化。當(dāng)電池組溫度過(guò)高時(shí)，最主要的有兩種情況，一種是電池長(zhǎng)時(shí)間放電，處于行駛狀態(tài)，另一種是在充電過(guò)程中溫度升高，處于靜止?fàn)顟B(tài)。

對(duì)于行駛狀態(tài)下電池溫度升高，從汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和電池組擺放位置入手。首先將電池單體一字排開(kāi)，留有3～5厘米空隙，電池外部用隔熱材料包圍，電池單體之間在中部就有7～8厘米小口，使空氣進(jìn)去密封空間后，充分于電池單體接觸。在兩段留有直徑為7～8厘米的圓孔，用于連接外部管道?？拷?chē)頭端管道連接后，延伸一段后，分支為三條同等大小，方向不同的管道，并延伸出汽車(chē)底盤(pán)外部，用于收集汽車(chē)行駛時(shí)高速流動(dòng)的空氣，起降溫作用。另一端連接排氣裝置，使兩端氣流順利流通。兩端管道內(nèi)裝有節(jié)氣閥，于溫度監(jiān)測(cè)裝置，中央控制系統(tǒng)形成反饋調(diào)節(jié)。溫度過(guò)高時(shí)，節(jié)氣閥打開(kāi)，空氣流通，溫度合適時(shí)，節(jié)氣閥關(guān)閉。

另一種狀態(tài)，即汽車(chē)充電時(shí)電池溫度過(guò)高，此種狀態(tài)下，汽車(chē)沒(méi)有行駛，也就沒(méi)有高速流動(dòng)的空氣進(jìn)入管道內(nèi)，不能起到降溫作用，鑒于此時(shí)給汽車(chē)充電，所以在三條進(jìn)氣管道的其中一條進(jìn)氣口處，安裝小風(fēng)扇，風(fēng)扇動(dòng)力來(lái)源于外部電源，同時(shí)，風(fēng)扇開(kāi)關(guān)與溫度監(jiān)測(cè)裝置連接，并受中央控制系統(tǒng)控制。

解決了混合動(dòng)力汽車(chē)電池的降溫問(wèn)題，接下來(lái)要考慮的就是在電池溫度過(guò)低時(shí)的升溫問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，混合動(dòng)力汽車(chē)電池溫度過(guò)低會(huì)出現(xiàn)在汽車(chē)剛起動(dòng)的時(shí)候，啟動(dòng)之后，電池會(huì)放電，溫度也會(huì)慢慢升高。如何在汽車(chē)啟動(dòng)之后給電池升溫？改變?cè)信艢庀到y(tǒng)，給排氣管道接一個(gè)管道，與收集空氣的管道相連，在分支口處接雙向節(jié)氣閥，與溫度監(jiān)測(cè)裝置個(gè)中央控制系統(tǒng)連接，并安裝一個(gè)空氣濾清器，溫度過(guò)低時(shí)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣，給電池升溫。

4 油電混合動(dòng)力汽車(chē)電池組溫度控制方案可行性

這種方案的提出，是對(duì)普通的風(fēng)冷方式的升級(jí)，放大它的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，冷卻過(guò)程容易進(jìn)行，汽車(chē)各系統(tǒng)之間不會(huì)因此而紊亂。同時(shí)，縮小它的缺點(diǎn)，通過(guò)增加一些簡(jiǎn)單部件，改變電池組的位置和結(jié)構(gòu)，控制溫度的效果更明顯。

比如，通過(guò)改變電池單體擺放位置，使其呈一字排列，并增加隔熱外包。首先，降溫過(guò)程中，增加了空氣與電池組的接觸面積，降溫速度更快，效率更高，其次，隔熱外包的使用，避免了降溫過(guò)程中，環(huán)境溫度對(duì)電池組的二次干擾。第二，三支管道內(nèi)與電池組相連，增加了空氣流量，另外，三支管道的使用，起到了備胎作用，防止因?yàn)槟持Ф氯荒芙禍厮鶐?lái)的后果。第三，管道內(nèi)節(jié)氣閥的設(shè)置，使降溫升溫更智能化，數(shù)字化。第四，充電時(shí)利用外部電源提供動(dòng)力，讓風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到降溫作用，避免使用汽車(chē)動(dòng)力電池，增加了電池的使用壽命。第五，在給動(dòng)力電池升溫的過(guò)程中，有效的利用了發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣余熱，使能量充分利用，增加了能源利用率。

油電混合動(dòng)力汽車(chē)最大的優(yōu)點(diǎn)就是通過(guò)電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的有效配合，減少燃油損耗，當(dāng)動(dòng)力電池的工作效率提高之后，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率自然會(huì)提高。假如不對(duì)電池?zé)峁芾?，電池工作效率降低，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)因此損壞的更嚴(yán)重。利用傳統(tǒng)理念并通過(guò)新穎的結(jié)構(gòu)改變，對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)電池進(jìn)行熱管理。不僅解決了溫度過(guò)高對(duì)電池組的影響，還針冬季低溫給電池組帶來(lái)的問(wèn)題，進(jìn)行了解決。將電池溫度控制在了一個(gè)合適的范圍內(nèi)，提高了電池的工作效率和使用壽命。這樣無(wú)論是哪種混合動(dòng)力汽車(chē)，其性能必將會(huì)有質(zhì)的飛躍，定將會(huì)帶動(dòng)混合動(dòng)力汽車(chē)在汽車(chē)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，汽車(chē)科學(xué)技術(shù)也會(huì)因此而不斷進(jìn)步，從而帶動(dòng)新能源汽車(chē)的發(fā)展。

油電混合動(dòng)力汽車(chē)電池?zé)峁芾矸椒ǖ奶?，不但尋找到了控制電池組溫度的方法，而且還利用諸多方法對(duì)動(dòng)力電池組進(jìn)行日常維護(hù)，使油電混合動(dòng)力汽車(chē)電池組性能，發(fā)揮到極致。更促使油電混合動(dòng)力汽車(chē)的使用者，對(duì)溫度變化給電池組帶來(lái)的損害問(wèn)題的關(guān)注，促使油電混合動(dòng)力汽車(chē)更受汽車(chē)使用者的青睞，并加速新能源汽車(chē)的發(fā)展。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]