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摘要：院電池管理系統是實現汽車和電池有效連接的重要組成系統，對汽車的性能具有直接影響，但由于電池存在散熱性能差，受溫度影響大的問題，影響了新能源汽車的應用和推廣，因此對動力電池的散熱性能加強研究，對保障電池的安全性及對動力電池散熱管理系統優化具有重要意義。本文通過對動力電池熱管理系統的內容、功能和分類進行闡述，并分析了新能源汽車電池散熱管理系統存在的問題，最后針對動力電池散熱管理系統的優化展開了探討。
關鍵詞：院新能源汽車；動力電池；散熱管理系統；優化設計
0引言
由于傳統的燃油汽車環保性能不佳，且石化能源具有不可再生的特點，而為了提升人們的生活水平，保護社會環境，降低環境污染，解決能源緊缺的問題，因此，國家開始大力倡導節能環保，在此時代背景下，新能源汽車成為當下主要的發展趨勢，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新能源汽車的使用壽命和安全性進行研究，特別是針對動力電池散熱管理系統進行了深入研究，以此來保證汽車可以處于正常的運行，并延長電池的使用壽命和增加電池的安全性。
1動力電池熱管理系統概述
1.1內容簡述
電池管理系統是汽車和動力電池進行有效連接的重要系統，是新能源汽車的關鍵組成部分，對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，人們對動力電池的使用壽命和安全性能提出了更高的要求，尤其是對電池熱管理系統越來越重視。對于新能源汽車而言，電池管理系統發揮著重要的作用，對汽車運行狀態下動力系統產生的各種數據都進行有效管理和掌控，通過改進這些數據可以使汽車動力系統得到最大化的利用。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現高效運行，需要對電池管理系統進行設計研究。而動力電池由于內部存在內阻和電氣部件阻抗，所以在充放電時，電池就會出現發熱的問題，如果這些熱量不能及時散發出去，就會縮短電池壽命，甚至會造成熱失控，基于此原因，需要給動力電池安裝一個熱管理系統[1]。設計動力電池熱管理系統的目標為：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。第一個工作目標的設計對電池組具有的一致性的溫度具有直接的影響，而第二個目標對電池組的使用壽命和使用性能具有制約作用。
1.2動力電池熱管理系統的功能
據相關資料顯示，鋰離子電池一般情況下可以在25-40攝氏度的溫度范圍內進行正常工作，此時電池模組中單體之間的溫度應該控制在5攝氏度以內。當電池處于最佳的溫度范圍內時，就可以充分發揮出自身的最大化性能，同時可以有效提升新能源汽車的經濟性、動力性和安全性。所以，對于新能源汽車來說，需要安裝動力電池熱管理系統來控制溫度，使動力電池的溫度能夠保持在正常工作的范圍內。此系統具有的功能主要有：一是對電池溫度進行控制和調節；二是當電池組的溫度超過正常溫度范圍時，要對其進行調節，釋放內部的熱量，避免出現熱失控問題；三是如果電池組的溫度要低于正常工作的溫度，就要采用預熱措施來幫助電池進行升溫，只要保證電池處于最佳的溫度狀態中，才能提升電池的安全性能，保證充放電的性能；四是對電池模組存在的溫度差異進行降低，這樣能夠避免出現溫度過高的現象，對于延長電池使用壽命、實現電池模組之間的溫度一致性提供了保證。
1.3分類
新能源汽車根據工作過程中形成的總熱量不同以及動力電池類型不同，為了保證電池溫度可以控制在合理范圍內，因此在設計的時候需要采用不同的材料和相關部件以及冷卻方式。由于傳熱介質不同，電池熱管理系統的冷卻方式也不同，可以將其分為以下幾種類型：第一，風冷類型。這是一種利用空氣對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[2]。風冷散熱的類型一般包括強制風冷和自然風冷等類型。如果風冷按照風道進行劃分可以分為兩種方式，一種是并行通風，一種是串行通風，其基本結構如圖1。第二，液冷類型。液冷的工作原理是在液體介質的作用下通過對流換熱的方式釋放電池熱量，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，液體介質的冷卻速度、熱容量、換熱系數都要設計更高，這樣才能符合冷卻的要求；同時，為了保證汽車的空間更大，要縮小熱管理系統的體積。相對于空氣而言，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，傳統液冷系統結構如圖2所示。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生的恒溫特點和相變潛熱特性，對電池中產生的熱量進行吸收，從而使電池處于最佳的溫度區域內，為電池進行正常工作，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的動力電池熱管理系統在新能源汽車應用中是最有使用價值的電池控溫技術。一般情況下，可以將相變材料分為三種類型，一種是復合相變材料，一種是有機相變材料，還有一種是無機相變材料。通常情況下在熱管理場合進行應用的相變材料往往需要滿足以下條件。淤要保證材料具有較高的熱密度，以及較大額度潛熱量。于具有較高的導熱率和較為迅速的吸熱和放熱過程。盂具有較強的穩定性能，且具有較大的分解難度，能夠和周邊材料發生副反應，具有較長的使用周期，且不會影響系統的正常使用。榆價格較低。第四，熱管冷卻。熱管冷卻技術主要是應用于軍工航天事業，主要是通過管內工質額相變反應來實現傳熱。可以通過熱管將熱源的熱量迅速散出，其性能大大超出現有常用金屬。熱管冷卻類型具有導熱性高、等溫性能良好、熱流密度與方向可變的特點，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工藝不成熟，熱管產品使用壽命不高，沒能推廣使用。熱管機構圖如圖3所示。
2新能源汽車電池散熱管理系統存在的問題
首先，此系統會因為充電過度導致電池產生過多的熱量，從而降低電池的循環壽命。新能源汽車之所以能夠正常運行，主要是因為電池系統在化學反應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力保證其可以正常運行。如果對新能源汽車進行過度的充電，一方面，會使電池在發生化學反應之后降低還原能力，從而減少電池進行循環的次數。同時也會促使電極表面出現半透膜劈裂的問題，最終導致電極液和電極材料接觸的時候出現反應，在電極材料中的活性容量不斷減少的同時電解液中存在的反應產物就會不斷增加。另一方面，因為汽車在充電的過程中會不斷提升電池的溫度，如果溫度持續上升電解液和電極材料就會出現分解現象，熱量也會被釋放，從而產生熱失控現象，最終引起著火現象，甚至會發生電池爆炸的危險情況。其次，由于電池單體的敏感性較差，就會影響電池管理系統的散熱性。對于電池管理系統而言，環境溫度對使用壽命和綜合性能都會產生較大的影響。在溫度較低的情況下進行充電的時候，基于電極材料具有的特殊性能極可能出現電池內部極化增大的情況，導致電池不能正常充電；在溫度較低的情況下進行放電的時候，電池的性能就會不斷的減弱[3]。在溫度較高的情況下由于電池內部會產生大量的不可逆副反應，且呈現出不斷增加的趨勢，就會造成電池容量迅速減弱，導致電池組快速陷入癱瘓狀況中，無法進行正常工作，甚至會導致電池內部無法釋放熱量。
3新能源汽車動力電池散熱管理系統的優化設計
3.1設置被動均衡裝置，實現散熱管理系統的功能
對于新能源汽車來說，其動力電池管理系統是汽車的重要組成部分，而電池模組為汽車提供了運行所需的所有動力，對于汽車的正常運行具有決定性作用。電池模組的主要組成結構包括多個串聯的電池單體，在電池管理系統中均衡電路是其中重要的組成部分[4]。設計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。在電池管理系統中設置的均衡裝置主要是在電池模組出現了惡性變化之后，通過采用調節和控制的方法已經無法實現一致性的優化，此時要發揮均衡裝置的作用對電池模組實施被動式的均衡，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。但是通過對當前市場上廣泛應用的電池組均衡裝置進行調查發現，這樣的電池一旦處于充電狀態下，就會馬上產生熱量，而且由于熱量較多，電阻上的熱量不能及時排出，會加重均衡裝置內部的熱量問題，最終導致均衡效果不夠顯著?；谝陨蠁栴}，為了保證新能源汽車動力電池管理系統具有很好的散熱效果，往往采用增加隔離式被動均衡裝置的方法，對電池模組的電池單體進行設置，在電池單體外部設置對應的終止電壓裝置，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，這些終止電壓裝置一般都是通過電池模組上的對應電池單體以及人為連接方式來實現連接，最終形成多個放電回路，然后通過這些放電回路實現單獨對每個單體電池實施放電功能[5]。當電池管理系統處于運行過程中時，電池模組就會不斷放電，繼而產生過多的熱量，一旦這些熱量要比電池單體終止電壓承受的熱量要多時，單體電池就會停止工作，不再繼續放電，這樣可以防止因為電阻放出大量的熱，而這些熱量因為無法散發集聚在電池模組中，從而影響了電池管理系統，產生了嚴重的問題。通過這種方式不僅可以解決電池產生過多熱量的問題，同時還解決了電池管理系統實現均衡一致性的問題。
3.2設置格柵液冷板，實現動力電池散熱管理系統的優化
新能源汽車動力電池散熱管理系統進行優化的目的就是為更好的實現系統散熱，在此過程中可以利用軟包鋰電池的方式幫助電池模組實現散熱功能，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，在電池模組進行散熱的過程中，如果只是憑借電池自身具有的功能來進行散熱，那么效率會較低，同時對動力電池系統也會產生很大的影響，大大降低散熱效果，而且還會造成動力電池系統對于超寬溫域所需的應用要求無法進行滿足[6]。為了能夠對動力電池散熱管理系統進行優化和改進，需要對電池管理系統進行重新設置，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中能夠盡快將內部電池模組的熱量散發出去，這樣就能夠有效解決目前應用技術中由于電池管理系統是采用軟包電池來進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中的設計方式，幫助電池模組快速的將產生的熱量散發出去，特別是能夠讓電池模組可以在不同的溫域環境中進行正常的運行，從而使電池管理系統可以使用超寬溫域的工作環境，提升動力電池管理系統的散熱功能，實現系統優化[7]。
4結束語
綜上所述，新能源汽車因為具有很好的節能環保效果，所以迅速得到了應用和推廣。對于新能源汽車而言，電池管理系統是其重要的組成部分，為其正常運行提供了充足的能量，因此其性能是否正常對于新能源汽車的運行來說具有直接影響作用。但是目前新能源汽車動力電池管理系統在應用的過程中還存在一些問題影響了電池的散熱功能，導致電池管理系統也散熱性較差，為此，需要采取有效的措施對動力電池散熱管理系統進行優化，使其可以充分發揮自身的最大化性能，對提升新能源汽車的安全性，以及促進新能源汽車能夠得到更好的推廣和應用具有重要意義。
作者：董志輝 單位：柳州城市職業學院
