電動汽車整車電池熱管理探析

姚杰 張學亮

摘 要：在電動汽車中，整車電池是一個非常重要的組成部分，是整個汽車運行的能源基礎，所以做好電動汽車整車電池的熱管理尤為重要，本文將就電動汽車整車電池熱管理進行討論探析，希望能夠為相關從業者提供一些參考。

關鍵詞：電動汽車；整車電池；熱管理

電池管理系統（Battery Management System，BMS）的主要任務是保證電池組工作在安全區間內，提供車輛控制所需的必需信息，在出現異常時及時響應處理，并根據環境溫度、電池狀態及車輛需求等決定電池的充放電功率等。BMS的主要功能有電池參數監測、電池狀態估計、在線故障診斷、充電控制、自動均衡、熱管理等。

1 電動汽車整車電池熱管理的意義

電動汽車的電池熱管理問題直接關系到整個電動汽車的使用性能以及壽命和安全性等內容，所以需要我們著重注意，在電動汽車中，蓄電池往往是重要的動力供應部分，所以如何提高電動汽車整車的性能以及安全性需要從蓄電池入手，蓄電池的溫度特性關系著整個電動車的耐久性和使用壽命，常見的鋰電池具有多方面的優點，例如循環壽命較長、允許工作溫度范圍較大、比能大、自放電率低等。所以目前的電動汽車常選用鋰電池作為動力電源，在鋰離子電池的熱管理工作中需要根據鋰離子的具體發熱方式進行管理，通過對電池包結構的設計來進行熱管理的方式和策略的設定，從而實現整個電池組中單體電池之間的串聯和合理溫度的保障，整個電池組中任何一個電池出現問題都會造成電池組整體的性能下降，所以要分別注重，例如在相同充電的條件下，不同的溫差將會出現不同的電池組荷電狀態，而電池熱管理正是針對電池的熱相關問題來進行的技術內容，通過熱管理的方式來保障電池的正常動力供應，通常的熱管理系統主要是在電池溫度較低的情況下做好預熱情況，保障低溫充電、放電的高效和安全，其次是電池長時間工作之后溫度升高，熱管理進行有效的散熱，避免因為溫度過高造成的事故，另外在電池組之間的溫度上也要進行均衡，避免產生過大的溫度差異，造成局部過熱，影響電池組的壽命和安全。

2 電動汽車整車電池熱管理的措施

2.1 以鋰電池為例

電動汽車目前而言運用的電源供應主要是鋰電池的方式，所以以鋰電池為例，在電動汽車的整車電池管理工作中，鋰電池的電池溫度對于整個車輛的使用和功率性能有直接的影響，所以需要進行熱管理的控制，當溫度較低時將造成電池容量的迅速衰減，在電動汽車的運行中不能提供足夠的能源，例如在0度以下電池的可用容量大大減少，溫度過低的情況還有可能出現瞬間的電壓過充問題，出現電池內部鋰的析出，有可能引起短路的問題，另外，在鋰電池的熱相關問題上，電池安全性的問題也與電池熱問題相關，在生產和制造的過程中不當操作容易造成電池的局部過熱，出現放熱反應，嚴重的甚至造成爆炸、起火等嚴重事故，出現人員的安全隱患。除了以上問題，在鋰電池的存放和工作過程中的環境溫度也將影響到電池的壽命，通常而言，在電池的存放和工作過程中最佳溫度為10-30度之間，溫度的過高或過低都會造成電池的壽命和安全問題，電力的需求使得動力電池的大型化成為一種趨勢，這就更容易造成內部溫度的不均勻和局部溫度過高的現象，造成電池壽命的問題，電池加速衰減，從而影響到電動汽車的使用，在具體的運行過程中，動力系統必須要及時降低鋰離子電池的問題，保障電池的安全性和足夠的動力。

2.2 空氣強制對流

顧名思義，在電池的熱管理工作中，散熱是一個重要的內容，空氣的強制對流是散熱的重要方式，將空氣作為主要的傳熱介質，通過空氣在模塊的穿過來消散熱量，從而達到散熱的目的，但是空氣本身的冷卻效果是很小的，這就需要強制的空氣冷卻方式，運動產生的流動空氣帶走電池的熱量，從而盡可能的降低電池溫度，在強制對流的實現中，需要注意的是電池間的散熱槽、距離等方面的設計工作，只有做好了科學的散熱面積以及電池封裝工作才能有效的進行散熱工作，通常常見的電池組采用串聯和并聯式的通道，在仿真結果下對電池的散熱性進行研究可以得出熱輻射在整個散熱過程中占有非常大的比例，所以強化傳熱是降低溫度的有效措施，通過風冷的方式能夠有效的進行電池的散熱工作，并且結構簡單，成本較低，但是同時冷卻和加熱的速度較慢。

2.3 液體冷卻

通常在普通的要求下采用空氣的流通方式就可以滿足基本的散熱要求，但是在較復雜的工況和要求下空氣對流的方式就不能滿足熱管理的要求，所以在這種情況下我們通常采用液體冷卻的方式，通過液體的方式進行電池組的熱交換，常見的采用模塊間布置管線或者模塊布置夾套的方式，通過液體的沉浸來進行熱交換，常見的傳熱介質包括油、制冷劑、水、乙二醇等，由于液體的導電問題，所以必須采取有效的絕緣措施，避免出現短路的現象，造成嚴重事故。傳熱介質的傳熱速率主要是根據液體的熱導率、流動速率、密度、粘度等確定，在相同的流速和條件下，液體的傳熱速度大大高于空氣的傳熱速度，這是由于液體本身的特點高于空氣的導熱率，液冷的方式能夠熱傳遞效率高、速度快，但是同時也有重量較大、部件較為復雜、保養過程復雜等缺點。通過試驗結果可以證明液體的熱傳遞效果大大高于空氣介質的傳熱效果，但是同時系統較為復雜，并聯型的混合動力車中只采用空氣的冷卻方式即可保證散熱要求，純電動汽車由于要求較高則需要液體冷卻的方式，通過流道設計的研究可以得出并聯流道整體溫度要低于串聯流道，在具體的設計和應用角度來看，串聯流道結構更適用于產品的使用，綜合而言整體散熱較好，隨著電池模塊容量的增大，惡劣環境下運行對電池性能的要求越來越苛刻，高效的電池熱管理系統極其重要。

3 結束語

綜上所述，在電動汽車管理中，整車電池的熱管理是一個不可忽視的方面，在不同的汽車設計中，要針對不同的汽車特點選擇合適的熱管理方式，從而保障電池的動力供應和熱管理效果，保障電動汽車的壽命和運行質量。

參考文獻：

[1]王健.基于熱管理的電動汽車動力電池成組設計[D].哈爾濱工業大學，2013.

[2]黎林.純電動汽車用鋰電池管理系統的研究[D].北京交通大學，2009.

[3]沈帥.純電動汽車電池箱熱特性研究及熱管理系統開發[D].吉林大學，2013.