新能源汽車動力電池冷卻技術探討

劉輝

摘 要：在作為快速發展的背景下，各種類型的產品的生產工作，朝著新能源的方向發展和新能源的技術，也得到了業界的關注。電池組是目前決定新能源汽車性能以及需要能力的重要組成部分，所以要想真正的提高新能源汽車的使用效率，就需要不斷的提升動力電池的性能，并保證電池組的可靠性和安全性。就目前的技術來看，冷卻系統是能夠決定動力電池組性能的關鍵技術，所以針對新能源汽車電池冷卻技術的相關內容進行研究，具有較高的應用價值。

關鍵詞：動力電池;空氣;液體;熱管;相變材料

能源短缺的問題是目前為止全世界面臨的最大的困境。我國是一個能源小國，大部分的原油都來源于進口，這使得我國發展的成本大幅度提高，都是以阻礙了我國工業的發展。國家相關管理部門大力提倡新能源的開發，以電力驅動的新型能源汽車為主，各企業大規模對引入新能源汽車并且在該領域進行深入的探討。它不僅可以有效解決傳統汽車在使用過程當中存在的微米級顆粒氮氧化合物，硫化合物等物質，對于自然環境產生的污染問題，也很好地解決了我國面臨的能源危機。

1 動力電池冷卻系統的工作原理

新能源汽車的冷卻系統包含動力系統和供電系統等多個組成部分，在冷卻工作當中動力系統的冷卻，包括制動電機的冷卻控制器冷卻等，而系統的冷卻則是對動力電池和車載充電器的冷卻。動力電池進入到運行的狀態之后，充放電的過程是將化學能轉變為電能，接著再將電能轉換為動能，因為能量的轉換會產生熱量，這些熱量如果無法得到及時的釋放，那么電池周邊的溫度會大幅度的提升，這不僅會影響到鋰電池的穩定性，甚至會威脅到使用者的生命安全。特別是進入到極端天氣之后，外界環境溫度的提升也會對汽車動力電池性能產生影響，而溫度過低也有可能導致動力電池的系統被破壞。所以動力電池的冷卻系統的要求相對較高。因為業務管理系統的技術實驗較為復雜，所以在進行課題研究的過程當中，以cfd仿真系統對業務管理系統的相關內容進行分析以及了解，從而實現預研的目的。

2 動力電池冷卻系統的作用

雖然經過多年的研究之后，動力電池的儲能水平以及又能轉換比已經得到了有效提升，但是它仍然是限制新能源汽車性能的重要組成部分。動力電池在運行期間，其溫度性能也會對汽車性能產生直接的影響，具體還包括壽命的影響以及運行穩定性的影響。在進入到炎熱的夏天后，電力驅動的汽車在電池放電的過程當中會產生大量的熱能損失，電池的性能會不斷的下降，再加上風道設計不合理使得汽車的使用安全性大幅度下降。所以設計具有較強性能的冷卻系統，能夠更好的保證動力電池運行的安全性。

3 新能源汽車動力電池冷卻技術研究

3.1 空氣冷卻電池技術

從使用原理的角度進行分析，空氣冷卻電池技術是以空氣作為冷卻的介質，將熱傳遞中對流熱交換模式進行充分利用，從而達到電池組工作溫度有效控制的目的。與其他類型的電池冷卻技術相比，空氣冷卻技術的結構具備設備簡單后期維護方便的特點，而且整體的制造成本相對較低。在新能源汽車動力發展工作當中，動力電池和電池設備的電池應用范圍都較為廣泛。但是空氣冷卻技術的使用并沒有得到有效的推廣，其主要原因是空氣比熱容以及導熱系數性質無法達到人們預想的標準。目前部分企業在針對空氣冷卻電池技術進行研究時，將研究的方向放在空氣體積流量電池空間規劃以及流道等多個方向。經過大量的流體力學仿真軟件分析，可以發現電池間距對于電池組工作溫度可以產生較大的影響，也了解到電池組當中電池的距離會對溫度產生影響。但是電池組中集熱情況變弱，電池組的溫度分布，會更加均勻。在相同的空氣流量下，空氣從電池底部流入頂部的冷卻方法能夠更好的降低電池組的工作溫度。

3.2 液體冷卻電池技術

所謂的液體冷卻電池技術，其實是指在進行冷卻的過程當中，使用液相物質作為冷卻的介質，通常選用的液體主要有以熱傳水制冷劑以及乙二醇和水的混合溶液。與空氣冷卻電池技術相比，液體冷卻電池技術的冷卻介質具有比熱容相對較大的特點，而且它的換熱系數也比較高。液體冷卻劑治還能夠有效彌補空氣冷卻效率不足的相關問題。我們可以將液體冷卻技術分為直接冷卻以及間接冷卻的兩種不同的方式，它需要按照其截取的方式進行區分。其中直接冷卻技術是將電池模塊完全沉浸在絕緣的冷卻液體當中，并且保證冷卻液體和電池組直接接觸。間接冷卻方式則是將電池組設置在冷卻板或者冷板之間，把冷卻的液體在這些介質當中進行流通，從而達到對電池組工作溫度進行控制的目的。液體冷卻電池技術在汽車動力電池冷卻工作當中的應用范圍比較寬，它的開發重點放在冷卻劑組成優化以及冷板盤管通道的優化工作上。但是液體冷卻技術的使用權也存在一定的缺陷，例如液體不倒，安全性能高，但是難度卻比較大，需要具有較大的動力，才能真正地增加工作的負荷。液體和電池之間存在金屬管道，會存在能量損耗的缺點。

3.3 熱管冷卻電池技術

熱管冷卻電池技術是一種具有較好密封性的技術，它所使用的設備為空心管設備，空心管設備的內部充滿相變工質，而且兩端設置有蒸發器和冷凝器，在進入到工作狀態之后，蒸發器就可以對電池組的熱量進行吸收，將其收集到空心管的毛細芯處，并且利用液體工質汽化成為氣體。收集的氣體在壓力勢能的作用下可以流向冷凝器。這些氣體向冷凝器釋放用量之后，又可以重新相變成為液體。目前大部分企業在針對電池熱管冷卻電池技術進行研究時，將開發的重點放在冷卻性能模擬評價蒸發器，冷凝器設備的優化以及數學模型的搭建工作上。經過大量的實踐研究，并針對膽管型熱管對汽車鋰電池冷卻效果進行模擬，試驗之后，可以發現低流量冷卻空氣，對于單管型的熱管冷卻器具備較好的冷卻效果，可以達到電池組工作溫度控制的相關指標。熱管冷卻，液體冷卻以及強制對流空氣冷卻這三種不同類型的冷卻方式，其效果逐一降低。

3.4 相變材料冷卻電池技術

相變材料冷卻電池技術需要以相變吸熱原理作為基礎，通過選擇無毒無害，具有較強業務穩定性成本低，以及使用方便的材料進行一系列的溫度控制工作，它的使用過程并不需要建立通道設備，不需要安裝電氣設備，因此系統運行的安全性相對較高。實驗人員對空氣冷卻液體冷卻相片材料，冷卻著三種不同類型的冷卻技術進行實踐研究，可發現下面材料的冷卻技術及特點在于能夠對電池組溫度的均勻性進行有效控制，避免電池組在運行的過程當中出現局部位置過熱的情況。而且他所選擇的材料冷卻效率介于空氣冷卻和液體冷卻之間。近年來，相變材料的應用范圍得到了明顯的拓寬。

李國衛等學者利用泡沫銅以及脂肪輕蠟油作為相變，材料進行電池熱管理系統的搭建工作，對汽車鐵鋰電池進行模擬冷卻試驗。通過對收集的各項數據以及信息進行分析，可以發現，該冷卻系統的性能相對較好，遠遠優于空氣冷卻系統以及純石蠟相變冷卻系統。除此之外，該系統在電池工作溫度的控制方面具有較大的幅度，整個電池組溫度分布也更加均勻。

4 結語

不管是對于新能源汽車行業的發展，還是對于電池組工作效率的提升而言，電池組冷卻技術的應用價值相對較高，它可以整體提高電池的使用壽命，以及保證電池組運行期間的安全性和可靠性。目前常用于電池組冷卻工作當中的冷卻技術，主要有空氣冷卻電池技術，液體冷卻電池技術，熱管冷卻電池技術以及相變材料冷卻電池技術。上文針對多種不同類型的冷卻技術進行深入的研究，希望能在一定程度上提高動力電池的使用效果，從而推動新能源汽車行業的快速發展。

參考文獻：

[1]夏應軍.新能源汽車動力電池關鍵技術分析與探究[J]. 幸福生活指南，2019（24）：1.