新能源汽車(chē)動(dòng)力電池冷卻技術(shù)探討

劉輝

摘 要：在作為快速發(fā)展的背景下，各種類(lèi)型的產(chǎn)品的生產(chǎn)工作，朝著新能源的方向發(fā)展和新能源的技術(shù)，也得到了業(yè)界的關(guān)注。電池組是目前決定新能源汽車(chē)性能以及需要能力的重要組成部分，所以要想真正的提高新能源汽車(chē)的使用效率，就需要不斷的提升動(dòng)力電池的性能，并保證電池組的可靠性和安全性。就目前的技術(shù)來(lái)看，冷卻系統(tǒng)是能夠決定動(dòng)力電池組性能的關(guān)鍵技術(shù)，所以針對(duì)新能源汽車(chē)電池冷卻技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力電池;空氣;液體;熱管;相變材料

能源短缺的問(wèn)題是目前為止全世界面臨的最大的困境。我國(guó)是一個(gè)能源小國(guó)，大部分的原油都來(lái)源于進(jìn)口，這使得我國(guó)發(fā)展的成本大幅度提高，都是以阻礙了我國(guó)工業(yè)的發(fā)展。國(guó)家相關(guān)管理部門(mén)大力提倡新能源的開(kāi)發(fā)，以電力驅(qū)動(dòng)的新型能源汽車(chē)為主，各企業(yè)大規(guī)模對(duì)引入新能源汽車(chē)并且在該領(lǐng)域進(jìn)行深入的探討。它不僅可以有效解決傳統(tǒng)汽車(chē)在使用過(guò)程當(dāng)中存在的微米級(jí)顆粒氮氧化合物，硫化合物等物質(zhì)，對(duì)于自然環(huán)境產(chǎn)生的污染問(wèn)題，也很好地解決了我國(guó)面臨的能源危機(jī)。

1 動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)的工作原理

新能源汽車(chē)的冷卻系統(tǒng)包含動(dòng)力系統(tǒng)和供電系統(tǒng)等多個(gè)組成部分，在冷卻工作當(dāng)中動(dòng)力系統(tǒng)的冷卻，包括制動(dòng)電機(jī)的冷卻控制器冷卻等，而系統(tǒng)的冷卻則是對(duì)動(dòng)力電池和車(chē)載充電器的冷卻。動(dòng)力電池進(jìn)入到運(yùn)行的狀態(tài)之后，充放電的過(guò)程是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，接著再將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，因?yàn)槟芰康霓D(zhuǎn)換會(huì)產(chǎn)生熱量，這些熱量如果無(wú)法得到及時(shí)的釋放，那么電池周邊的溫度會(huì)大幅度的提升，這不僅會(huì)影響到鋰電池的穩(wěn)定性，甚至?xí){到使用者的生命安全。特別是進(jìn)入到極端天氣之后，外界環(huán)境溫度的提升也會(huì)對(duì)汽車(chē)動(dòng)力電池性能產(chǎn)生影響，而溫度過(guò)低也有可能導(dǎo)致動(dòng)力電池的系統(tǒng)被破壞。所以動(dòng)力電池的冷卻系統(tǒng)的要求相對(duì)較高。因?yàn)闃I(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)驗(yàn)較為復(fù)雜，所以在進(jìn)行課題研究的過(guò)程當(dāng)中，以cfd仿真系統(tǒng)對(duì)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析以及了解，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)研的目的。

2 動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)的作用

雖然經(jīng)過(guò)多年的研究之后，動(dòng)力電池的儲(chǔ)能水平以及又能轉(zhuǎn)換比已經(jīng)得到了有效提升，但是它仍然是限制新能源汽車(chē)性能的重要組成部分。動(dòng)力電池在運(yùn)行期間，其溫度性能也會(huì)對(duì)汽車(chē)性能產(chǎn)生直接的影響，具體還包括壽命的影響以及運(yùn)行穩(wěn)定性的影響。在進(jìn)入到炎熱的夏天后，電力驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)在電池放電的過(guò)程當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生大量的熱能損失，電池的性能會(huì)不斷的下降，再加上風(fēng)道設(shè)計(jì)不合理使得汽車(chē)的使用安全性大幅度下降。所以設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)性能的冷卻系統(tǒng)，能夠更好的保證動(dòng)力電池運(yùn)行的安全性。

3 新能源汽車(chē)動(dòng)力電池冷卻技術(shù)研究

3.1 空氣冷卻電池技術(shù)

從使用原理的角度進(jìn)行分析，空氣冷卻電池技術(shù)是以空氣作為冷卻的介質(zhì)，將熱傳遞中對(duì)流熱交換模式進(jìn)行充分利用，從而達(dá)到電池組工作溫度有效控制的目的。與其他類(lèi)型的電池冷卻技術(shù)相比，空氣冷卻技術(shù)的結(jié)構(gòu)具備設(shè)備簡(jiǎn)單后期維護(hù)方便的特點(diǎn)，而且整體的制造成本相對(duì)較低。在新能源汽車(chē)動(dòng)力發(fā)展工作當(dāng)中，動(dòng)力電池和電池設(shè)備的電池應(yīng)用范圍都較為廣泛。但是空氣冷卻技術(shù)的使用并沒(méi)有得到有效的推廣，其主要原因是空氣比熱容以及導(dǎo)熱系數(shù)性質(zhì)無(wú)法達(dá)到人們預(yù)想的標(biāo)準(zhǔn)。目前部分企業(yè)在針對(duì)空氣冷卻電池技術(shù)進(jìn)行研究時(shí)，將研究的方向放在空氣體積流量電池空間規(guī)劃以及流道等多個(gè)方向。經(jīng)過(guò)大量的流體力學(xué)仿真軟件分析，可以發(fā)現(xiàn)電池間距對(duì)于電池組工作溫度可以產(chǎn)生較大的影響，也了解到電池組當(dāng)中電池的距離會(huì)對(duì)溫度產(chǎn)生影響。但是電池組中集熱情況變?nèi)?，電池組的溫度分布，會(huì)更加均勻。在相同的空氣流量下，空氣從電池底部流入頂部的冷卻方法能夠更好的降低電池組的工作溫度。

3.2 液體冷卻電池技術(shù)

所謂的液體冷卻電池技術(shù)，其實(shí)是指在進(jìn)行冷卻的過(guò)程當(dāng)中，使用液相物質(zhì)作為冷卻的介質(zhì)，通常選用的液體主要有以熱傳水制冷劑以及乙二醇和水的混合溶液。與空氣冷卻電池技術(shù)相比，液體冷卻電池技術(shù)的冷卻介質(zhì)具有比熱容相對(duì)較大的特點(diǎn)，而且它的換熱系數(shù)也比較高。液體冷卻劑治還能夠有效彌補(bǔ)空氣冷卻效率不足的相關(guān)問(wèn)題。我們可以將液體冷卻技術(shù)分為直接冷卻以及間接冷卻的兩種不同的方式，它需要按照其截取的方式進(jìn)行區(qū)分。其中直接冷卻技術(shù)是將電池模塊完全沉浸在絕緣的冷卻液體當(dāng)中，并且保證冷卻液體和電池組直接接觸。間接冷卻方式則是將電池組設(shè)置在冷卻板或者冷板之間，把冷卻的液體在這些介質(zhì)當(dāng)中進(jìn)行流通，從而達(dá)到對(duì)電池組工作溫度進(jìn)行控制的目的。液體冷卻電池技術(shù)在汽車(chē)動(dòng)力電池冷卻工作當(dāng)中的應(yīng)用范圍比較寬，它的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)放在冷卻劑組成優(yōu)化以及冷板盤(pán)管通道的優(yōu)化工作上。但是液體冷卻技術(shù)的使用權(quán)也存在一定的缺陷，例如液體不倒，安全性能高，但是難度卻比較大，需要具有較大的動(dòng)力，才能真正地增加工作的負(fù)荷。液體和電池之間存在金屬管道，會(huì)存在能量損耗的缺點(diǎn)。

3.3 熱管冷卻電池技術(shù)

熱管冷卻電池技術(shù)是一種具有較好密封性的技術(shù)，它所使用的設(shè)備為空心管設(shè)備，空心管設(shè)備的內(nèi)部充滿相變工質(zhì)，而且兩端設(shè)置有蒸發(fā)器和冷凝器，在進(jìn)入到工作狀態(tài)之后，蒸發(fā)器就可以對(duì)電池組的熱量進(jìn)行吸收，將其收集到空心管的毛細(xì)芯處，并且利用液體工質(zhì)汽化成為氣體。收集的氣體在壓力勢(shì)能的作用下可以流向冷凝器。這些氣體向冷凝器釋放用量之后，又可以重新相變成為液體。目前大部分企業(yè)在針對(duì)電池?zé)峁芾鋮s電池技術(shù)進(jìn)行研究時(shí)，將開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)放在冷卻性能模擬評(píng)價(jià)蒸發(fā)器，冷凝器設(shè)備的優(yōu)化以及數(shù)學(xué)模型的搭建工作上。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐研究，并針對(duì)膽管型熱管對(duì)汽車(chē)鋰電池冷卻效果進(jìn)行模擬，試驗(yàn)之后，可以發(fā)現(xiàn)低流量冷卻空氣，對(duì)于單管型的熱管冷卻器具備較好的冷卻效果，可以達(dá)到電池組工作溫度控制的相關(guān)指標(biāo)。熱管冷卻，液體冷卻以及強(qiáng)制對(duì)流空氣冷卻這三種不同類(lèi)型的冷卻方式，其效果逐一降低。

3.4 相變材料冷卻電池技術(shù)

相變材料冷卻電池技術(shù)需要以相變吸熱原理作為基礎(chǔ)，通過(guò)選擇無(wú)毒無(wú)害，具有較強(qiáng)業(yè)務(wù)穩(wěn)定性成本低，以及使用方便的材料進(jìn)行一系列的溫度控制工作，它的使用過(guò)程并不需要建立通道設(shè)備，不需要安裝電氣設(shè)備，因此系統(tǒng)運(yùn)行的安全性相對(duì)較高。實(shí)驗(yàn)人員對(duì)空氣冷卻液體冷卻相片材料，冷卻著三種不同類(lèi)型的冷卻技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐研究，可發(fā)現(xiàn)下面材料的冷卻技術(shù)及特點(diǎn)在于能夠?qū)﹄姵亟M溫度的均勻性進(jìn)行有效控制，避免電池組在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)局部位置過(guò)熱的情況。而且他所選擇的材料冷卻效率介于空氣冷卻和液體冷卻之間。近年來(lái)，相變材料的應(yīng)用范圍得到了明顯的拓寬。

李國(guó)衛(wèi)等學(xué)者利用泡沫銅以及脂肪輕蠟油作為相變，材料進(jìn)行電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的搭建工作，對(duì)汽車(chē)鐵鋰電池進(jìn)行模擬冷卻試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)收集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)以及信息進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，該冷卻系統(tǒng)的性能相對(duì)較好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于空氣冷卻系統(tǒng)以及純石蠟相變冷卻系統(tǒng)。除此之外，該系統(tǒng)在電池工作溫度的控制方面具有較大的幅度，整個(gè)電池組溫度分布也更加均勻。

4 結(jié)語(yǔ)

不管是對(duì)于新能源汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，還是對(duì)于電池組工作效率的提升而言，電池組冷卻技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值相對(duì)較高，它可以整體提高電池的使用壽命，以及保證電池組運(yùn)行期間的安全性和可靠性。目前常用于電池組冷卻工作當(dāng)中的冷卻技術(shù)，主要有空氣冷卻電池技術(shù)，液體冷卻電池技術(shù)，熱管冷卻電池技術(shù)以及相變材料冷卻電池技術(shù)。上文針對(duì)多種不同類(lèi)型的冷卻技術(shù)進(jìn)行深入的研究，希望能在一定程度上提高動(dòng)力電池的使用效果，從而推動(dòng)新能源汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏應(yīng)軍.新能源汽車(chē)動(dòng)力電池關(guān)鍵技術(shù)分析與探究[J]. 幸福生活指南，2019（24）：1.