純電動汽車動力電池溫度管理分析

任恒 呂寶占

摘 要：現階段我國純電動汽車的研究浪潮十分激烈，而在這其中，鋰離子電池起到了十分重要的動力源作用。但是鋰離子電池在應用于純電動汽車駕駛之際，會產生大量的熱量嚴重影響鋰離子電池的應用性能，甚至加劇電池使用壽命的縮減。因此對于純電動汽車的動力電池溫度散熱管理是電動汽車研究領域普遍關注的重點。本文基于純電動汽車動力電池溫度管理，提出改善動力電池溫度管理質量的策略與建議，望能夠為我國電動汽車領域在動力電池溫度管理上提供新的思路。

關鍵詞：純電動汽車;鋰離子電池;動力源;散熱管理;溫度管理

1 純電動汽車動力電池溫度管理意義分析

眾所周知，動力電池是純電動汽車的唯一動力源，由于電池放電性能、充電性能、荷電保持能力、電池循環壽命、SOC、電壓以及電池安全性能很容易受到環境溫度的影響。尤其是對于純電動汽車這樣龐大的行駛交通工具來將，對電池適應溫度范圍的要求十分嚴格。Freedom CAR提出電動汽車動力電源系統的適應溫度范圍應當在-30-52℃之間，顯然目前的純電動汽車并沒有相應的動力動力電池能夠滿足這一要求。市場上很多純電動汽車動力系統溫度的控制比較單調，且存在很多缺陷。比如大部分采取自然冷卻的措施，這種降溫措施的效果顯然并不理想;一部分采取風冷降溫，即應用風機進行降溫，但是這種缺陷不僅成本高，且降溫不均勻;一部分應用冷卻液降溫，但是由于部分冷卻液缺少流動性，導致降溫效率不高;還有一部分降溫措施是基于控制動力電池內芯片溫度來達到動力電池溫度管理的目的，但是很有可能存在一定的安全隱患。因此從現階段市場純電動汽車動力電源系統的現狀來看，構建一套完善的動力源控制系統，在純電動市場領域有著十分可觀的應用前景[1]。

2 以動力電池能量管理系統改善溫度管理

從以往的電動汽車動力電池能量管理系統來看，主要由上下、左右并列動力電池包以及動力電池包內冷卻液管道、動力電池包左右上下連接管道、相變材料等所構建而成。本文針對傳統電動汽車動力電池能量管理系統進行一番改進，即對動力電池包內冷卻液管道更換為發散狀結構管道，這樣一來在冷卻液流動中確保溫度的散發以及被吸收效率得到顯著提升，同時應用交叉雙進雙出的管道流動方式進行設計，確保單體動力電池溫度的穩定性與均勻性。而相變材料的設計與選擇可以根據不同動力電池在不同工作溫度下進行設計，確保這些動力電池能夠在最為適宜的溫度環境中發揮最為優異的動力電池性能[2]。

2.1 冷卻液補償水箱

冷卻液在管道流動中也會受到熱脹冷縮的影響，因此基于這種情況下應用冷卻液補償水箱來為管道內所流動的冷卻液提供補償或吸收功能。當冷卻液在吸收熱量而溫度過高之時體積會增加，從而多余的冷卻液可以流入補償水箱之中，而當冷卻液溫度降低之時體積會顯著減少，此時可以從補償水箱中所儲存的冷卻液進行補充。因此可以根據這個原理來實時檢測管道冷卻液的工作動態。此外，在冷卻液材料選擇中，根據結合不同動力電池的工作溫度來選擇最為合適的溫度配比，純電動汽車動力電池能量管理系統的冷卻液多以水/乙二醇為主，因此可以適當改變水和乙二醇之間的配比來改變冷卻液凝固點。

2.2 節溫器

節溫器的作用是控制冷卻液流動開關，如果動力電池包溫度過低的情況下，可以通過關閉散熱器方向的冷卻液流動通道來使冷卻液流入動力電池包提升溫度;而動力電池包溫度過高的情況下，可以通過打開散熱器方向的冷卻液流動通道并關閉冷卻液加熱方向的流動通道控制開關，而冷卻液在節溫器通道的控制則需要應用到節溫器。

2.3 散熱器

應用散熱器來為冷卻液提供降溫散熱措施，使冷卻液能夠迅速冷卻下來。實際上當動力電池包溫度處于正常情況下或者需要升溫的情況，散熱器處于工作靜止狀態，而當動力電池包溫度較高而需要散熱的情況下，應用散熱器來散熱，并與冷卻液的管道流動進行配合達到散熱的目的。

2.4 加熱裝置

加熱裝置的作用是為了提升管道流動冷卻液溫度，由于動力電池溫度過低很容易影響動力電池性能，此時加熱裝置可以通過對冷卻液的加溫來提升冷卻液溫度，并通過水泵作用來流入動力電池包起到升溫作用。

2.5 水泵

冷卻液的流動需要動力來源支持，而水泵的應用可以為之提供動力來源。當動力電池包溫度處于穩定狀況時，管道內的冷卻液會在其中處于自由流動狀況;而當動力電池包溫度比較低且需要升溫的情況下，需要先應用加熱裝置來提升冷卻液溫度，在水泵的作用下將加熱鍋的冷卻液輸入節溫器當中，由節溫器與動力電池包之間的連接管道來流入動力電池包起到升溫作用;而當動力電池包內溫度比較高且需要降溫的情況下，加熱裝置需要盡快停止工作，并將溫度較高的冷卻液在水泵作用下輸入散熱器中進行散熱，再經由節溫器流入動力電池包中達到降溫作用。

3 動力電池能量管理系統的應用分析

3.1 散熱降溫

在單體動力電池包內，由于動力電池2溫度比較高，需要盡快進行散熱與降溫，避免動力電池2溫度超過52℃，當達到這個高溫之際，動力電池的充放電性能將會受到極為顯著的負面影響，這時候溫度檢測裝置8可以促進填充于單體動力電池包內部動力電池2的相變材料10產生相變?而這種相變材料一般可以利用Na2S2O3·5H2O（硫代硫酸鈉晶體，俗稱海波或大蘇打）作為相變材料，該材料相變溫度為48.5℃，可以在動力電池溫度上升至52℃之前產生相變，此時固體材料可以變為液體材料流入單體動力電池包1位置，確保與動力電池2的溫度基本相同。相變過程結束后溫度傳感器可以檢測動力電池2的溫度，而此時動力電池包1由于溫度較高，導致冷卻液管道3-5處的冷卻液溫度上升。同時會在重力作用下流過散熱系統總成9，同時在外界自然風作用下進行自然風冷，如風冷降溫效率不足需要啟動散熱風扇進行散熱冷卻，之后冷卻液會流入節溫器5當中，將其分為方向一與方向二兩個方向，方向一方向的冷卻液會在動力電池包1內部循環流動，而方向二方向的冷卻液會從31管道經過33管道再進入動力電池包內部進行降溫，再從32管道流出，同時經由34管道與方向一冷卻液一并流入加熱裝置8中，此時加熱裝置8并未處于工作狀況，而匯聚的冷卻液會繼續流入水泵6到散熱器系統9，繼而經由節溫器5再分開流入動力電池包顳部，匯聚于水泵6再流入散熱器系統9中，但降溫散熱過后的冷卻液繼續流入節溫器5中進行循環工作。由于冷卻液受熱體積增大的緣故，多余的冷卻液會被吸入補償水箱4當中，確保此時管道流動冷卻液壓強穩定性以保障散熱降溫的效率性，見圖1。

3.2 加熱升溫

單體動力電池包內動力電池2溫度比較低的情況下需要提升溫度，此時為了避免冷卻液也會受到凝固而影響流動性，可通過調節冷卻液成分水與乙二醇比例來降低冷卻液凝固點[5]。在溫度檢測裝置8檢測到動力電池包溫度變得十分低的情況下，將會關閉水泵6與散熱器系統9之間的連接管路，并開啟加熱裝置7對管道內的冷卻液進行加熱，將加熱后的冷卻液輸入水泵6再到節溫器5，同時以方向三以及方向四兩個方向分別流入單體動力電池包1內進行循環升溫以及流入31管道，繼而經由33管道流入動力電池包內部，對其進行加熱，再從32管道流出，經由34管道，與方向一方向所流入的冷卻液進行匯聚并流入加熱裝置8，加熱完畢后經由水泵6再進入節溫器中進行循環流動。由于冷卻液低溫體積會明顯縮減，而補償水箱4則可以為管道提供冷卻液補給，確保管道內壓強穩定性，保障整體加熱升溫的效率性[6]。

4 結束語

綜上所述，本文通過研究純電動汽車動力電池溫度管理的意義，再詳細分析動力電池能量管理系統的構成與應用，望能夠借助本次研究推動我國電動汽車領域的先進化發展。

參考文獻：

[1]劉斐.純電動汽車電池管理系統的研究與設計[D].山東大學，2012.

[2]吳澤民，潘香英，馮超.純電動汽車電池組熱管理系統設計[J].汽車電器，2013（01）：16-18.

[3]薛超坦.基于液冷的純電動汽車鋰電池熱管理研究[D].