能源汽車動力電池冷卻技術研究

吳成雨

摘要：新能源汽車的研發(fā)，通過電力能源取代傳統(tǒng)燃油能源，可有效實現(xiàn)能源的節(jié)約，減少尾氣排放，進一步符合我國節(jié)能環(huán)保工作的開展。但電池裝置在長時間驅(qū)動狀態(tài)下，電能與熱能之間的比例將呈現(xiàn)出負增長現(xiàn)象，當電池熱能的產(chǎn)生高于熱能輸出時，則將加劇電力能源的損耗，縮減電池裝置的使用壽命。電池冷卻技術的應用，則可為電池裝置進行熱量管理，通過不同技術工藝、介質(zhì)材料等，及時將電池裝置產(chǎn)生的熱量進行分散，以提高電池生命周期，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟利潤。基于此，對能源汽車動力電池冷卻技術研究進行研究，僅供參考。

關鍵詞：新能源汽車;動力電池;冷卻技術

引言

汽車蓄電池組充放電過程中，不僅電能轉化為機械汽車能量，電能轉化為熱能。如果產(chǎn)生的熱量不是合理地排出，而是收集在汽車蓄電池組內(nèi)部或周圍，則蓄電池組的溫度會升高，從而影響蓄電池組的維護性能、壽命和安全性。此外，極端天氣條件下電池的環(huán)境溫度和工作溫度之間的差異非常大，也導致電池工作性能下降。因此，客車蓄電池熱管理模型是調(diào)節(jié)蓄電池組傳熱擴散的重要因素，也是確定新能源汽車性能的重要模塊。

1動力電池冷卻系統(tǒng)的作用

雖然目前的儲能水平和動力電池的轉換比率有了很大提高，但仍是限制新能源汽車性能的主要環(huán)節(jié)，動力電池的溫度特性也對車輛性能產(chǎn)生了很大影響，包括對壽命的影響。電力電池冷卻系統(tǒng)的應用使電池能夠在合適的環(huán)境下工作，從而保證汽車的性能。炎熱的夏天，由于電池放電過程中產(chǎn)生的大量熱量，電動汽車的電池性能受到影響。如果加上管道施工的不當影響，問題就會進一步惡化，助長汽車潛在的安全風險。因此，開發(fā)性能優(yōu)良的冷卻系統(tǒng)，可以最大限度地提高電力電池的安全性和設備性能。電力電池冷卻系統(tǒng)采用汽車電池盒的散熱模型來調(diào)節(jié)電力電池的溫度，在電池溫度較低時提供熱量，在電池溫度較高時提供冷卻，使電力電池處于最佳工作狀態(tài)，從而提高電力電池的性能。即電力電池冷卻系統(tǒng)的控制級別決定了電力電池的性能。

2新能源汽車動力電池的冷卻技術分析

2.1液體介質(zhì)冷卻技術

液體介質(zhì)冷卻技術是以液態(tài)物體為介質(zhì)，通過熱傳遞實現(xiàn)對電池組的降溫處理。與常見的氣體介質(zhì)相比，液體介質(zhì)具有更高的比熱容，且同體積吸取的熱能較多，可有效提高系統(tǒng)換熱效率。按照工作形式來看，液體介質(zhì)的冷卻可分為接觸型冷卻與非接觸型冷卻兩種。接觸型冷卻是指電池組與冷卻液體直接接觸，通過將電池模塊沉浸到液體中，令液體對電池組所產(chǎn)生的熱量進行無差別吸收，以達到物理降溫的效果。非接觸型冷卻則是指在電池組周圍設定具有一定組織結構的冷卻裝置，液體通過在冷卻裝置中的循環(huán)流動，吸取電池組所產(chǎn)生的熱量，這樣一來，便可最大限度地對熱量進行傳遞，此類冷卻機制無須液體與電池組之間接觸，在一定程度上增強冷卻工作的穩(wěn)定性效用。一般來講，冷卻介質(zhì)多為乙醇物質(zhì)、水的混合物。對于液體介質(zhì)冷卻技術的發(fā)展形勢來看，液體冷卻大多是以劑料組成、冷卻結構等為主，通過介質(zhì)與結構的同步優(yōu)化，令整個冷卻工作的開展具有針對性，乙二醇為介質(zhì)的液體冷卻體系，在實際應用過程中，可通過介質(zhì)的多次循環(huán)，令整項溫度調(diào)控實現(xiàn)規(guī)范化運作，這樣一來，便可最大限度增強系統(tǒng)冷卻效率，令電池組在固有極限值之下實現(xiàn)高效率運行。目前，液體冷卻技術的實現(xiàn)多以冷卻組、管道、液體介質(zhì)流量等為主，通過對不同影響因素進行設定，分析出在某一類運行工下，液體冷卻技術在具體落實中呈現(xiàn)出的功能屬性。

2.2相變材料冷卻電池技術

相變材料冷卻模式不需要通道設備或電氣設備，因此系統(tǒng)安全性非常高。目前，常用成熟相變材料主要有脂肪烴蠟油、改性脫鹽、水合鹽、有機酸化合物等。棟李國偉等人建立了以脂肪蠟油/銅泡沫為相變材料的電池溫度控制系統(tǒng)，并進行了汽車磷酸鐵鋰電池冷卻模擬實驗。結果表明，冷卻系統(tǒng)優(yōu)于空氣冷卻系統(tǒng)和純石蠟相變冷卻系統(tǒng)，表明電池工作溫度顯著降低，電池單元溫度分布相對均勻。Chloe興等人比較了脂族石蠟/發(fā)泡鋁相變材料的導熱系數(shù)和冷卻效率。結果表明，這種相變復合材料的導熱系數(shù)可達到純脂肪族石蠟的200倍以上，實際冷卻效率可提高45.6%。電池冷卻技術在延長電池壽命、保證電池安全高效方面發(fā)揮著重要作用。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電動車中使用的蓄電池組容量和蓄電池數(shù)量逐漸增加，蓄電池組釋放的熱量也越來越大，這使得蓄電池組冷卻技術的性能要求越來越高。

2.3熱管冷卻電池技術

基于熱管的BTMS具有導熱系數(shù)高、結構緊湊、幾何形狀靈活、使用壽命長等多種優(yōu)點。棟并在近幾年引起了廣泛關注。提出了一種由電池、相變材料和熱管組成的夾層結構的熱電池控制系統(tǒng)。建立了交錯參數(shù)模型，該模型考慮了電池的加熱耦合、相變材料的熔化和熱管熱反應的瞬態(tài)熱作用，以及不同環(huán)境溫度下電池溫度的耦合機理和相變過程。不同熱管傳熱系數(shù)下相變材料與電池厚度的關系不同?；跓峁艿碾姵乩鋮s系統(tǒng)在熱膨脹防治中有很好的應用前景。本文將電池短路建模為熱工作距離模型，并通過將固體熱管冷卻劑流體模型（VOF）和ANSYSFLUENT結合起來計算熱質(zhì)量交換過程，并在熱工作距離期間擴展VOF模型的熱工作距離來解決。結果表明，熱管冷卻不能防止單個電池短路引起的熱循環(huán)，但它可以有效地阻止電池中熱循環(huán)的擴展過程。

結束語

為了進一步解決能源危機，中國在新能源開發(fā)方面做出了很大努力，其中新能源汽車是中國開發(fā)新的大規(guī)模能源應用的關鍵領域。新能源汽車的使用不僅可以解決微粒、氮氧化物、硫氧化物等的污染問題。棟利用傳統(tǒng)交通工具時的自然環(huán)境，還要通過應用新能源，促進社會消費的改善，實現(xiàn)國民經(jīng)濟的增長，來解決中國當前的能源危機。

參考文獻：

[1]王震坡，袁昌貴，李曉宇.新能源汽車動力電池安全管理技術挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢分析[J].汽車工程，2020，42（12）：1606-1620.

[2]易志威，陳亞東，張黎星.動力鋰電池冷卻技術進展[J].客車技術與研究，2020，42（03）：31-33+40.