基于新能源汽車鋰電池控制系統(tǒng)的發(fā)展與研究

劉一波

摘 要：新能源汽車的發(fā)展主要以電能和太陽能等清潔能源為驅(qū)動(dòng)力，又以電能為主要研究方向，針對(duì)實(shí)際生活中能源短缺、且燃油車輛釋放碳、硫化合物污染空氣造成溫室效應(yīng)等問題，研究了以鋰電池為驅(qū)動(dòng)力的控制系統(tǒng)，發(fā)揮清潔無污染、熱傳遞啟動(dòng)迅速的優(yōu)點(diǎn)，控制傳熱、散熱，保證安全駕駛。本文主要針對(duì)鋰電池的發(fā)展趨勢(shì)，闡述了鋰電池的傳熱、散熱基本原理，對(duì)本學(xué)科的研究和其他行業(yè)發(fā)展具有一定指導(dǎo)借鑒意義。

關(guān)鍵詞：鋰電池;傳熱;控制系統(tǒng);應(yīng)用

Abstract：The development of new energy vehicles is mainly driven by clean energy such as electric energy and solar energy，and the main research direction is electric energy.Aiming at the problems of energy shortage in real life，and the greenhouse effect caused by the emission of carbon and sulfur compounds from fuel vehicles，the control system driven by lithium battery is studied，which gives full play to the advantages of clean，pollution-free，rapid start of heat transfer and control Heat transfer，heat dissipation，ensure safe driving.This paper mainly focuses on the development trend of lithium battery，describes the basic principles of heat transfer and heat dissipation of lithium battery，which has certain guiding significance for the research of this subject and the development of other industries.

Key words：Lithium battery;heat transfer;control system;application

1 緒論

汽車、輪船、飛機(jī)等重工業(yè)燃燒汽油已經(jīng)形成了一個(gè)不可更改的定律，但是，能源是有一定限制的，千百年來經(jīng)過反復(fù)的沉淀堆積，隨著世界各地的動(dòng)物演化、自然變化，終于能源進(jìn)入視野，但是，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，燃燒汽油不僅造成能源大量消耗而且還產(chǎn)生一定的溫室效應(yīng)。習(xí)主席提出既要金山銀山也要綠水青山，因此尋求新能源代替燃油已經(jīng)成為全球應(yīng)對(duì)溫室效應(yīng)的首要任務(wù)。在這種情況下電能和太陽能進(jìn)入人們的視野中，又以電能為主，石油是不可再生能源，且全球儲(chǔ)量集中在中東地區(qū)和俄羅斯，容易受到地緣政治和大國(guó)干預(yù)，而電能是可再生能源，同時(shí)清潔無污染。現(xiàn)今的新能源汽車大致可以分為兩大類，其一，是混合動(dòng)力型，也就是燃油和電池并用;其二，是電能、電池等的供應(yīng)電源，鋰電池具有極高的釋放熱量、傳輸熱量的性能，并且穩(wěn)定性良好，電壓平穩(wěn)，閑置一段時(shí)間不會(huì)對(duì)材料本身產(chǎn)生很大影響等優(yōu)點(diǎn)，在鋰電池材料中又以磷酸鋰電池為主要發(fā)展對(duì)象，但因國(guó)外對(duì)技術(shù)進(jìn)行封鎖，存在一定的技術(shù)壁壘，短期很難突破，但是鋰電池已經(jīng)成為發(fā)展的重點(diǎn)，在傳熱、導(dǎo)熱的過程中由于內(nèi)部封閉，多余的能量轉(zhuǎn)換來的熱量無法消散，會(huì)對(duì)周圍的線路和傳熱、散熱裝置產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)故障，危及駕駛員及車內(nèi)人員生命，因此控制系統(tǒng)顯得尤為重要，控制系統(tǒng)主要是負(fù)責(zé)提供動(dòng)力輸出，保證車輛在安全可控的范圍內(nèi)行使，同時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)傳熱和散熱參數(shù)，保證線路和電池的裝置安全[1]。

2 鋰電池控制系統(tǒng)

2.1 鋰電池?zé)嵝?yīng)產(chǎn)生原理

鋰電池之所以作為新能源汽車驅(qū)動(dòng)裝置，在于采用了兩個(gè)相互嵌入的鋰離子化合物作為電源導(dǎo)電的正負(fù)極而形成的二次型電池。當(dāng)鋰離子在電場(chǎng)的作用下，他們就會(huì)按照一定規(guī)則移動(dòng)，正電荷往單側(cè)移動(dòng)，負(fù)電荷往另一側(cè)移動(dòng)，形成電勢(shì)差，從而實(shí)現(xiàn)充放電過程?，F(xiàn)在大部分鋰電池都采用二氧化鋰這種材料作為反應(yīng)器，在充電過程，二氧化鋰這種材料會(huì)在高電壓的作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，釋放出鋰離子，鋰離子在電場(chǎng)作用下，經(jīng)過一定規(guī)則移動(dòng)會(huì)嵌入到負(fù)電荷一側(cè)，再一次形成碳-鋰化合物;放電時(shí)，原理大致一樣，位于負(fù)極的化合物在高電壓下，會(huì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生鋰離子，鋰離子在電場(chǎng)的作用下，按照一定規(guī)則移動(dòng)，一部分移動(dòng)到正極形成新的碳-鋰化合物，這樣不斷地進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)-分離-結(jié)合，就形成了正負(fù)電荷的電勢(shì)差，工作特性如圖1所示，同時(shí)也就產(chǎn)生了電流，化學(xué)反應(yīng)公式如下：

2.2 鋰電池?zé)嵝?yīng)傳熱機(jī)理

在新能源汽車以鋰電池作為驅(qū)動(dòng)力過程中，產(chǎn)生熱量是基本，傳導(dǎo)熱量是核心。都知道傳導(dǎo)熱量時(shí)不僅要對(duì)傳熱裝備有很高的的要求，而且還要做好保護(hù)，因?yàn)槟芰坎粫?huì)無緣產(chǎn)生，也不會(huì)無緣消失，它會(huì)通過另一種形式來表現(xiàn)出來，而且也不會(huì)把百分百的熱量都傳輸?shù)叫枰难b備上，因此在這個(gè)過程中會(huì)有大量的熱量散失到周圍的線路上，這種現(xiàn)象我們稱之為傳熱。它主要包含3部分，其一，熱傳遞，其二，換熱器，其三，熱輻射。分別對(duì)這三種現(xiàn)象進(jìn)行分析[2]。

熱傳遞：實(shí)際上是把熱量從一個(gè)物體上傳導(dǎo)到另一個(gè)物體上，是我們通過手可以感知出來的一現(xiàn)象，當(dāng)鋰材料受到電壓壓迫時(shí)，會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出鋰離子，它在電場(chǎng)溫度的作用下，在一定范圍內(nèi)進(jìn)行規(guī)則運(yùn)動(dòng)，由高到低，當(dāng)再次形成化合物時(shí)也就是熱傳遞的過程。

換熱器：實(shí)際上以液體（通常為水）為介質(zhì)進(jìn)行熱量傳播的過程，它的熱傳導(dǎo)機(jī)理就是流體在流動(dòng)過程中，把高熱量的物體，通過換熱器里面的冷液體進(jìn)行熱傳導(dǎo)，這樣，冷物體在接觸高熱量物體時(shí)就會(huì)中和熱量，實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。

熱輻射：它是一種不需要中間介質(zhì)就能夠?qū)崿F(xiàn)能量傳輸?shù)臒醾鲗?dǎo)現(xiàn)象。好比太陽光的輻射，我們?cè)谌魏谓锹?，不需要任何物質(zhì)，就可以吸收太陽的輻射，或者任何一個(gè)大于0攝氏度的物體都具有吸收熱量的能力，在地心引力地磁和電磁的影響下，會(huì)傳導(dǎo)其他物體獲得能量。

2.3 鋰電池控制系統(tǒng)

我們都知道鋰電池是新能源汽車的主要發(fā)展方向，在目前的技術(shù)領(lǐng)域我們注重研究鋰電池的生熱、傳熱功能，同時(shí)也要對(duì)電路進(jìn)行應(yīng)有的保護(hù)，因此在這個(gè)前提下就要進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，以保證駕駛員的安全。我們都知道在實(shí)際生活中我們要對(duì)物體進(jìn)行散熱，一般都會(huì)采取冷卻的效果或者通風(fēng)機(jī)組進(jìn)行散熱。在這里提供兩種常見的方案以供選擇[3]。

方案一：在鋰電池周圍安裝冷卻液管道，就好比換熱器一樣，這樣散出的多余的熱量就會(huì)被冷卻液管道進(jìn)行冷卻，已達(dá)到我們降溫的效果。

方案二：在實(shí)際生活中，我們通常會(huì)用通風(fēng)機(jī)組對(duì)內(nèi)部多余的熱量進(jìn)行散熱，一方面是通風(fēng)機(jī)組風(fēng)力大，可以達(dá)到我們的要求，另一個(gè)方面散出的熱量可以很短的時(shí)間內(nèi)就被釋放到大氣中，不會(huì)對(duì)周圍的線路產(chǎn)生很大的影響，但是，有一個(gè)前提，如果鋰電池?cái)[放過于集中不利于內(nèi)部空間散熱，我們可以把鋰電池進(jìn)行樓梯或者斜坡方式擺放，相互之間的空隙變小，這樣利于散熱，如圖2所示：

3 結(jié)語

本文主要是通過新能源汽車鋰電池的發(fā)展現(xiàn)狀和鋰電池控制系統(tǒng)，以及產(chǎn)生熱量、傳遞熱量進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析概述，因?yàn)樾履茉雌囋诂F(xiàn)有材料中鋰電池是一種很好的發(fā)展前景，它具有生熱、傳熱快，清潔等特點(diǎn)，同時(shí)它對(duì)充放電過程有極高的要求，這就為我們現(xiàn)在研究鋰電池的行駛安全提出了更高要求—散熱如何處理，本文主要是以方便快捷、節(jié)省能源消耗等方面進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，具體情況還要進(jìn)一步論證。我相信，通過大量學(xué)者的不斷努力，一定可以實(shí)現(xiàn)，并具有重要的實(shí)用價(jià)值和借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭香偉.新能源汽車動(dòng)力電池應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2016，01（7）：26-27.

[2]康海鵬.鋰電池動(dòng)力電池生熱特性分析及其選配[D].吉林大學(xué)，2014.

[3]董超.電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)[D].青島大學(xué)，2012.