新能源汽車動(dòng)力電池散熱管理系統(tǒng)優(yōu)化探討

0 引言

由于傳統(tǒng)的燃油汽車環(huán)保性能不佳，且石化能源具有不可再生的特點(diǎn)，而為了提升人們的生活水平，保護(hù)社會(huì)環(huán)境，降低環(huán)境污染，解決能源緊缺的問題，因此，國家開始大力倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保，在此時(shí)代背景下，新能源汽車成為當(dāng)下主要的發(fā)展趨勢(shì)，而且新能源汽車液逐漸成為人們出行的主要交通工具。我國開始加大力度對(duì)新能源汽車的使用壽命和安全性進(jìn)行研究，特別是針對(duì)動(dòng)力電池散熱管理系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，以此來保證汽車可以處于正常的運(yùn)行，并延長電池的使用壽命和增加電池的安全性。

1 動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)概述

1.1 內(nèi)容簡(jiǎn)述

電池管理系統(tǒng)是汽車和動(dòng)力電池進(jìn)行有效連接的重要系統(tǒng)，是新能源汽車的關(guān)鍵組成部分，對(duì)于新能源汽車的性能具有重要的影響作用。隨著使用新能源汽車的人群越來越多，人們對(duì)動(dòng)力電池的使用壽命和安全性能提出了更高的要求，尤其是對(duì)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)越來越重視。對(duì)于新能源汽車而言，電池管理系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，對(duì)汽車運(yùn)行狀態(tài)下動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)都進(jìn)行有效管理和掌控，通過改進(jìn)這些數(shù)據(jù)可以使汽車動(dòng)力系統(tǒng)得到最大化的利用。為了提升新能源汽車的使用壽命和安全性能，并保證新能源汽車可以實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行，需要對(duì)電池管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。而動(dòng)力電池由于內(nèi)部存在內(nèi)阻和電氣部件阻抗，所以在充放電時(shí)，電池就會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱的問題，如果這些熱量不能及時(shí)散發(fā)出去，就會(huì)縮短電池壽命，甚至?xí)斐蔁崾Э兀诖嗽?，需要給動(dòng)力電池安裝一個(gè)熱管理系統(tǒng)

。設(shè)計(jì)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的目標(biāo)為：一是要控制不同單體電池的工作溫差，二是要控制電池的工作溫度。第一個(gè)工作目標(biāo)的設(shè)計(jì)對(duì)電池組具有的一致性的溫度具有直接的影響，而第二個(gè)目標(biāo)對(duì)電池組的使用壽命和使用性能具有制約作用。

1.2 動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的功能

據(jù)相關(guān)資料顯示，鋰離子電池一般情況下可以在25-40攝氏度的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行正常工作，此時(shí)電池模組中單體之間的溫度應(yīng)該控制在5攝氏度以內(nèi)。當(dāng)電池處于最佳的溫度范圍內(nèi)時(shí)，就可以充分發(fā)揮出自身的最大化性能，同時(shí)可以有效提升新能源汽車的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和安全性。所以，對(duì)于新能源汽車來說，需要安裝動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)來控制溫度，使動(dòng)力電池的溫度能夠保持在正常工作的范圍內(nèi)。此系統(tǒng)具有的功能主要有：一是對(duì)電池溫度進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)；二是當(dāng)電池組的溫度超過正常溫度范圍時(shí)，要對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，釋放內(nèi)部的熱量，避免出現(xiàn)熱失控問題；三是如果電池組的溫度要低于正常工作的溫度，就要采用預(yù)熱措施來幫助電池進(jìn)行升溫，只要保證電池處于最佳的溫度狀態(tài)中，才能提升電池的安全性能，保證充放電的性能；四是對(duì)電池模組存在的溫度差異進(jìn)行降低，這樣能夠避免出現(xiàn)溫度過高的現(xiàn)象，對(duì)于延長電池使用壽命、實(shí)現(xiàn)電池模組之間的溫度一致性提供了保證。

規(guī)劃先行，整體部署油氣開發(fā)建產(chǎn)方案，分重點(diǎn)區(qū)域地質(zhì)工程一體化設(shè)計(jì)，分類制定平臺(tái)建產(chǎn)模式，應(yīng)用網(wǎng)電實(shí)施工廠化綠色鉆井 ，鉆井液循環(huán)利用確保清潔鉆井……三年來，大港油田踐行綠色協(xié)調(diào)發(fā)展理念，實(shí)施井叢場(chǎng)達(dá)到114個(gè)，年度井叢場(chǎng)鉆井比例從9.12%提高至73.9%，節(jié)約各類征地4495畝，減少鉆井周期15.2%，以網(wǎng)電代替柴油發(fā)電減少了碳排放3447噸、氮排放66.7噸，減少泥漿排放7600立方米，同時(shí)減少鉆井、地面配套、搬遷等費(fèi)用，累計(jì)減少建設(shè)成本1.73億元。黃驊市羊三木回族鄉(xiāng)羊一井叢場(chǎng)已經(jīng)成為企地創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享發(fā)展的典型，成為社會(huì)各界石油精神的宣教基地。

1.3 分類

新能源汽車根據(jù)工作過程中形成的總熱量不同以及動(dòng)力電池類型不同，為了保證電池溫度可以控制在合理范圍內(nèi)，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要采用不同的材料和相關(guān)部件以及冷卻方式。由于傳熱介質(zhì)不同，電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的冷卻方式也不同，可以將其分為以下幾種類型：

第三，相變材料冷卻類型。此種類型是通過相變材料在相變過程最后產(chǎn)生的恒溫特點(diǎn)和相變潛熱特性，對(duì)電池中產(chǎn)生的熱量進(jìn)行吸收，從而使電池處于最佳的溫度區(qū)域內(nèi)，為電池進(jìn)行正常工作，保證其具有的工作性能提供保證，所以，在以相變材料為基礎(chǔ)的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)在新能源汽車應(yīng)用中是最有使用價(jià)值的電池控溫技術(shù)。一般情況下，可以將相變材料分為三種類型，一種是復(fù)合相變材料，一種是有機(jī)相變材料，還有一種是無機(jī)相變材料。通常情況下在熱管理場(chǎng)合進(jìn)行應(yīng)用的相變材料往往需要滿足以下條件。①要保證材料具有較高的熱密度，以及較大額度潛熱量。②具有較高的導(dǎo)熱率和較為迅速的吸熱和放熱過程。③具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性能，且具有較大的分解難度，能夠和周邊材料發(fā)生副反應(yīng)，具有較長的使用周期，且不會(huì)影響系統(tǒng)的正常使用。④價(jià)格較低。

第四，熱管冷卻。熱管冷卻技術(shù)主要是應(yīng)用于軍工航天事業(yè)，主要是通過管內(nèi)工質(zhì)額相變反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)傳熱?？梢酝ㄟ^熱管將熱源的熱量迅速散出，其性能大大超出現(xiàn)有常用金屬。熱管冷卻類型具有導(dǎo)熱性高、等溫性能良好、熱流密度與方向可變的特點(diǎn)，而且還可以空氣冷卻、相變材料冷卻或者液體冷卻配合使用，但是其制造材料與技術(shù)工藝不成熟，熱管產(chǎn)品使用壽命不高，沒能推廣使用。熱管機(jī)構(gòu)圖如圖3所示。

3.3 護(hù)理質(zhì)量管理的國際化 護(hù)理質(zhì)量管理水平的提升需走向國際合作之路，美國JCI醫(yī)院認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)基本理念是基于促進(jìn)醫(yī)療質(zhì)量與患者安全的持續(xù)質(zhì)量改進(jìn)，在此評(píng)審標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)下，結(jié)合本國國情，構(gòu)建護(hù)理質(zhì)量管理及評(píng)審體系，以WHO的患者安全目標(biāo)、美國及澳大利亞等循證中心的護(hù)理工作指南為依據(jù)，識(shí)別護(hù)理質(zhì)量管理重點(diǎn)，并與多個(gè)國家共研護(hù)理質(zhì)量管理的難點(diǎn)、盲點(diǎn)問題，為護(hù)理學(xué)科的正確發(fā)展方向?qū)Ш健?/p>

第二，液冷類型。液冷的工作原理是在液體介質(zhì)的作用下通過對(duì)流換熱的方式釋放電池?zé)崃?，降低電池溫度。為了能夠提升單體一致性、降低電池組的溫度，液體介質(zhì)的冷卻速度、熱容量、換熱系數(shù)都要設(shè)計(jì)更高，這樣才能符合冷卻的要求；同時(shí)，為了保證汽車的空間更大，要縮小熱管理系統(tǒng)的體積。相對(duì)于空氣而言，體積相同和流速相同情況下，液體的冷卻效果要比空氣要好得多，且液冷系統(tǒng)具有更為靈活的形式，一般情況下有間接式冷卻和直接式冷卻兩種，傳統(tǒng)液冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

表1的結(jié)果顯示，研究對(duì)象在實(shí)踐教學(xué)前后評(píng)判性思維傾向的總分有顯著性差異.在各環(huán)節(jié)教學(xué)活動(dòng)中將多種教學(xué)方法進(jìn)行“串聯(lián)”，不同的方法前后遞進(jìn)，有序結(jié)合，既能體現(xiàn)知識(shí)體系的連接，又能使教學(xué)雙方在有限的時(shí)間內(nèi)圍繞一個(gè)病例將護(hù)理知識(shí)深化理解.因此，多種教學(xué)方法的結(jié)合能將學(xué)生的評(píng)判性思維向縱深引導(dǎo)，對(duì)護(hù)生評(píng)判性思維的形成具有重要意義.

第一，風(fēng)冷類型。這是一種利用空氣對(duì)流來分散電池組熱量的方式，但是這種方式的散熱能力有限

。風(fēng)冷散熱的類型一般包括強(qiáng)制風(fēng)冷和自然風(fēng)冷等類型。如果風(fēng)冷按照風(fēng)道進(jìn)行劃分可以分為兩種方式，一種是并行通風(fēng)，一種是串行通風(fēng)，其基本結(jié)構(gòu)如圖1。

現(xiàn)代觀賞石的這種分類，主要立足于觀賞石的外在形態(tài)和生成類型，拓寬了觀賞石的審美范籌，成為當(dāng)前的主流分類方法，在客觀上促進(jìn)了現(xiàn)代觀賞石市場(chǎng)和觀賞石文化的蓬勃發(fā)展。

2 新能源汽車電池散熱管理系統(tǒng)存在的問題

首先，此系統(tǒng)會(huì)因?yàn)槌潆娺^度導(dǎo)致電池產(chǎn)生過多的熱量，從而降低電池的循環(huán)壽命。新能源汽車之所以能夠正常運(yùn)行，主要是因?yàn)殡姵叵到y(tǒng)在化學(xué)反應(yīng)作用之下可以形成電能，這些電能可以為汽車提供充足的動(dòng)力保證其可以正常運(yùn)行。如果對(duì)新能源汽車進(jìn)行過度的充電，一方面，會(huì)使電池在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之后降低還原能力，從而減少電池進(jìn)行循環(huán)的次數(shù)。同時(shí)也會(huì)促使電極表面出現(xiàn)半透膜劈裂的問題，最終導(dǎo)致電極液和電極材料接觸的時(shí)候出現(xiàn)反應(yīng)，在電極材料中的活性容量不斷減少的同時(shí)電解液中存在的反應(yīng)產(chǎn)物就會(huì)不斷增加。另一方面，因?yàn)槠囋诔潆姷倪^程中會(huì)不斷提升電池的溫度，如果溫度持續(xù)上升電解液和電極材料就會(huì)出現(xiàn)分解現(xiàn)象，熱量也會(huì)被釋放，從而產(chǎn)生熱失控現(xiàn)象，最終引起著火現(xiàn)象，甚至?xí)l(fā)生電池爆炸的危險(xiǎn)情況。

其次，由于電池單體的敏感性較差，就會(huì)影響電池管理系統(tǒng)的散熱性。對(duì)于電池管理系統(tǒng)而言，環(huán)境溫度對(duì)使用壽命和綜合性能都會(huì)產(chǎn)生較大的影響。在溫度較低的情況下進(jìn)行充電的時(shí)候，基于電極材料具有的特殊性能極可能出現(xiàn)電池內(nèi)部極化增大的情況，導(dǎo)致電池不能正常充電；在溫度較低的情況下進(jìn)行放電的時(shí)候，電池的性能就會(huì)不斷的減弱

。在溫度較高的情況下由于電池內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的不可逆副反應(yīng)，且呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢(shì)，就會(huì)造成電池容量迅速減弱，導(dǎo)致電池組快速陷入癱瘓狀況中，無法進(jìn)行正常工作，甚至?xí)?dǎo)致電池內(nèi)部無法釋放熱量。

3 新能源汽車動(dòng)力電池散熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)置被動(dòng)均衡裝置，實(shí)現(xiàn)散熱管理系統(tǒng)的功能

對(duì)于新能源汽車來說，其動(dòng)力電池管理系統(tǒng)是汽車的重要組成部分，而電池模組為汽車提供了運(yùn)行所需的所有動(dòng)力，對(duì)于汽車的正常運(yùn)行具有決定性作用。電池模組的主要組成結(jié)構(gòu)包括多個(gè)串聯(lián)的電池單體，在電池管理系統(tǒng)中均衡電路是其中重要的組成部分

。設(shè)計(jì)均衡電路的目的主要是為了防止電池單體之間存在差異性，利用均衡電路可以成功將這些差異性消除，從而使得電池模組可以輸出最大化的容量。在電池管理系統(tǒng)中設(shè)置的均衡裝置主要是在電池模組出現(xiàn)了惡性變化之后，通過采用調(diào)節(jié)和控制的方法已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)一致性的優(yōu)化，此時(shí)要發(fā)揮均衡裝置的作用對(duì)電池模組實(shí)施被動(dòng)式的均衡，通過這種方式來提升容量的利用率和一致性以及電池電壓。但是通過對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的電池組均衡裝置進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這樣的電池一旦處于充電狀態(tài)下，就會(huì)馬上產(chǎn)生熱量，而且由于熱量較多，電阻上的熱量不能及時(shí)排出，會(huì)加重均衡裝置內(nèi)部的熱量問題，最終導(dǎo)致均衡效果不夠顯著。基于以上問題，為了保證新能源汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)具有很好的散熱效果，往往采用增加隔離式被動(dòng)均衡裝置的方法，對(duì)電池模組的電池單體進(jìn)行設(shè)置，在電池單體外部設(shè)置對(duì)應(yīng)的終止電壓裝置，而且這些電壓裝置都是通過電阻控制以及放電控制電路，與此同時(shí)，這些終止電壓裝置一般都是通過電池模組上的對(duì)應(yīng)電池單體以及人為連接方式來實(shí)現(xiàn)連接，最終形成多個(gè)放電回路，然后通過這些放電回路實(shí)現(xiàn)單獨(dú)對(duì)每個(gè)單體電池實(shí)施放電功能

。當(dāng)電池管理系統(tǒng)處于運(yùn)行過程中時(shí)，電池模組就會(huì)不斷放電，繼而產(chǎn)生過多的熱量，一旦這些熱量要比電池單體終止電壓承受的熱量要多時(shí)，單體電池就會(huì)停止工作，不再繼續(xù)放電，這樣可以防止因?yàn)殡娮璺懦龃罅康臒幔@些熱量因?yàn)闊o法散發(fā)集聚在電池模組中，從而影響了電池管理系統(tǒng)，產(chǎn)生了嚴(yán)重的問題。通過這種方式不僅可以解決電池產(chǎn)生過多熱量的問題，同時(shí)還解決了電池管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)均衡一致性的問題。

3.2 設(shè)置格柵液冷板，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池散熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化

新能源汽車動(dòng)力電池散熱管理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的目的就是為更好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)散熱，在此過程中可以利用軟包鋰電池的方式幫助電池模組實(shí)現(xiàn)散熱功能，但是這種方式的散熱效率并不高，而且散熱周期還很長。除此之外，在電池模組進(jìn)行散熱的過程中，如果只是憑借電池自身具有的功能來進(jìn)行散熱，那么效率會(huì)較低，同時(shí)對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生很大的影響，大大降低散熱效果，而且還會(huì)造成動(dòng)力電池系統(tǒng)對(duì)于超寬溫域所需的應(yīng)用要求無法進(jìn)行滿足

。為了能夠?qū)?dòng)力電池散熱管理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，需要對(duì)電池管理系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)置，通過添加下層格柵液冷板以及上層格柵液冷板的方式，促使鋰離子電池系統(tǒng)中能夠盡快將內(nèi)部電池模組的熱量散發(fā)出去，這樣就能夠有效解決目前應(yīng)用技術(shù)中由于電池管理系統(tǒng)是采用軟包電池來進(jìn)行散熱等方面存在的不足，通過將上下層格柵液冷板分別加入到電池管理系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)方式，幫助電池模組快速的將產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，特別是能夠讓電池模組可以在不同的溫域環(huán)境中進(jìn)行正常的運(yùn)行，從而使電池管理系統(tǒng)可以使用超寬溫域的工作環(huán)境，提升動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的散熱功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化

。

4 結(jié)束語

綜上所述，新能源汽車因?yàn)榫哂泻芎玫墓?jié)能環(huán)保效果，所以迅速得到了應(yīng)用和推廣。對(duì)于新能源汽車而言，電池管理系統(tǒng)是其重要的組成部分，為其正常運(yùn)行提供了充足的能量，因此其性能是否正常對(duì)于新能源汽車的運(yùn)行來說具有直接影響作用。但是目前新能源汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中還存在一些問題影響了電池的散熱功能，導(dǎo)致電池管理系統(tǒng)也散熱性較差，為此，需要采取有效的措施對(duì)動(dòng)力電池散熱管理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使其可以充分發(fā)揮自身的最大化性能，對(duì)提升新能源汽車的安全性，以及促進(jìn)新能源汽車能夠得到更好的推廣和應(yīng)用具有重要意義。

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