動力電池熱管理中半導(dǎo)體制冷技術(shù)的應(yīng)用探析

摘要：伴隨著電池管理系統(tǒng)的不斷發(fā)展與完善，電池管理中的很多技術(shù)也隨之不斷發(fā)展。動力電池是電動汽車的關(guān)鍵組成部分，在一定程度上能夠有效提升熱能管理質(zhì)量，使電動汽車更好地滿足建設(shè)生態(tài)文明的需要，同時也能夠提升電池的質(zhì)量和電池產(chǎn)品的應(yīng)用價值。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，半導(dǎo)體制冷與電磁熱管理的結(jié)合已經(jīng)逐漸成為電動汽車研發(fā)的重點和主渠道，國內(nèi)有很多關(guān)于動力電池熱管理與半導(dǎo)體制冷技術(shù)相互聯(lián)系的例子，所以對其技術(shù)的應(yīng)用進行分析是很有必要的，在一定程度上能夠提升人們對于電子產(chǎn)品的新認知。

關(guān)鍵詞：動力電池;熱管理;半導(dǎo)體;制冷技術(shù);應(yīng)用

引言

20世紀50年代半導(dǎo)體逐漸發(fā)展成熟，利用半導(dǎo)體進行制冷的想法被提出，伴隨半導(dǎo)體性能不斷優(yōu)化，半導(dǎo)體制冷技術(shù)在各個生產(chǎn)領(lǐng)域得以應(yīng)用。其動力電池熱管理技術(shù)作為制約電動汽車使用和發(fā)展的主要因素，受到了廣泛的關(guān)注和重視。就電動汽車的性能而言，溫度作為一個重要的限制因素，溫度直接影響車輛動能。一方面，車輛電池功率增大，電池的電解質(zhì)開始充分工作，離子擴散速度加快，電池內(nèi)阻逐漸降低，電池進入高性能模式。另一方面，當汽車電池內(nèi)部溫度升高一定程度時，電解質(zhì)的分解過程當中伴隨電極降解易引發(fā)不良反應(yīng)，關(guān)系到汽車電池的使用壽命，有的甚至在功率不穩(wěn)定時出現(xiàn)過熱保護或者損壞。本文將半導(dǎo)體制冷技術(shù)與電池熱管理相互融合，進一步能夠更好的提出有效的觀點，在一定程度上能夠為電池管理系統(tǒng)的發(fā)展提供有效的幫助。

一、半導(dǎo)體制冷在動力電池中的發(fā)展前景

在動力電池散熱系統(tǒng)當中，溫度管理系統(tǒng)是電磁技術(shù)關(guān)鍵，其中熱管理系統(tǒng)是管理系統(tǒng)當中重要組成部分。動力電池的溫度波動過大，將直接導(dǎo)致電池的損壞，不利于電動汽車市場的發(fā)展，工作不好或工作時間延長，動力電池可能會產(chǎn)生大功率放電現(xiàn)象，散熱問題比較明顯，嚴重影響電池的工作質(zhì)量和效率，因此在動力電池設(shè)計過程中首先要確定散熱管理機制[1]。我國采用的散熱管理方式屬于強制制冷和強制冷，強制冷制熱功率難以把控，制冷溫度難以控制。因此，為了打破制冷技術(shù)局限性對電池過熱造成的影響，必須對電池散熱管理系統(tǒng)進行智能化管理和升級，電池需要的是根據(jù)功率大小來匹配合適的制冷溫度，于是半導(dǎo)體制冷技術(shù)逐漸推廣，半導(dǎo)體制冷裝置體積小，整體重量輕[2]。適用于各類高熱儀器降溫。關(guān)于半導(dǎo)體散熱原理，半導(dǎo)體制冷以帕爾帖理論為中心而研發(fā)的散熱技術(shù)，當兩個導(dǎo)體內(nèi)部電流穿過時，導(dǎo)體的兩個接頭分別負責收熱和散熱的功能。連接器B處的熱量。由于這是一種不可逆的冷熱傳遞機制，吸熱放熱的速度和效率跟半導(dǎo)體電能相關(guān)，制冷的水平根據(jù)材料性能而定。在半導(dǎo)體制冷材料方面，包括鈦鈦材料、三元固溶體和n型合金材料。適用制冷范圍廣，同時具有無污染無噪音的環(huán)保性能。

二、動力電池熱管理中半導(dǎo)體制冷技術(shù)的應(yīng)用

（一）半導(dǎo)體風扇的應(yīng)用

半導(dǎo)體制冷技術(shù)應(yīng)用形式之一是半導(dǎo)體制冷風機，是幫助動力電池進行散熱控制的主要方法[3]。因此，通過半導(dǎo)體制冷風機的研發(fā)和改良，是目前半導(dǎo)體制冷技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。通過半導(dǎo)體材料的研發(fā)和創(chuàng)新，根據(jù)目前半導(dǎo)體風機的結(jié)構(gòu)組成，其中分為冷熱兩端元件，以及電池風機電源等。根據(jù)半導(dǎo)體制冷風機的運行原理，動力電池產(chǎn)生的表面熱量會被風機帶動的渦流進行推動，實現(xiàn)對流換熱功能。這樣，電池表面以及外殼的熱量在釋放出來之后迅速被吹走，將熱量傳送至半導(dǎo)體器件當中。主要依靠散熱器和外排風機的對流作用實現(xiàn)電池散熱，最終實現(xiàn)動力電池散熱。

（二）半導(dǎo)體風扇的主要特征

與傳統(tǒng)液冷風冷裝置相比，可得出半導(dǎo)體散熱風機優(yōu)點和缺點，（1）散熱效率高，熱慣性小（2）在直流電供給下，裝置電路當中電流流動速度快，可以實現(xiàn)散熱和升溫的雙向調(diào)節(jié)。過去風冷裝置只是將熱能傳送至裝置外部，但很難實現(xiàn)智能化。調(diào)節(jié)內(nèi)部溫度的目的。但半導(dǎo)體器件可以將電源電池外殼放在里面，溫度能夠根據(jù)外部環(huán)境進行自由調(diào)節(jié)，以達到延長動能電池壽命的效果;（3）半導(dǎo)體風機功率實現(xiàn)智能調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)直流電流速度實現(xiàn)對溫度的控制。然而，半導(dǎo)體散熱也存在一定缺陷[4]。首先會因轉(zhuǎn)換功率低導(dǎo)致電池功率增加，其次，半導(dǎo)體散熱系統(tǒng)目前制造技術(shù)不成熟，生產(chǎn)成本較高。

（三）管理系統(tǒng)應(yīng)用與設(shè)計

電能管理系統(tǒng)將為半導(dǎo)體風機提供直流電能，以滿足風機的電能需求，進一步優(yōu)化散熱效果以及溫度控制。當動力電池內(nèi)部溫度逐漸升高時，溫度傳感器將實時的溫度信息傳輸給管理系統(tǒng)，使得管理系統(tǒng)根據(jù)動力電池溫度的變化來改變電流方向[5]。改變半導(dǎo)體散熱器的工作效率，不同的制冷段可以進行不同功率的制冷。在實際應(yīng)用過程中，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及可以將系統(tǒng)信息實時反饋給工作人員，使工作人員對于電池溫度和工作狀況有準確了解。假如動力電池溫度失去控制能力，管理系統(tǒng)應(yīng)及時準確地將故障信息傳送到控制面板，提示操作人員及時檢查和維護。

三、結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)與電子行業(yè)的不斷興起，很多電子系統(tǒng)的發(fā)展為我國提供了堅實的基礎(chǔ)，同時人們開始注重半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。其中，半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的應(yīng)用作為目前動力電池重要的散熱系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)只散熱不加熱的弊端。讓動力電池的溫度把控根據(jù)環(huán)境和功率而定，提高動力電池的使用效果和壽命，保證動力電池性能的最大化發(fā)揮，滿足電動汽車對于動能的需求。同時動力電池的應(yīng)用將擴向更多領(lǐng)域，使動力電池走向智能化和現(xiàn)代化，依靠電力實現(xiàn)節(jié)能減排的效果，降低了動力電池在工作當中發(fā)生意外的幾率。為我國電池行業(yè)的健康發(fā)展打下基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]王宇.半導(dǎo)體制冷及其在動力電池熱管理中的性能研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2015.

[2]張玉龍，楊世春，鄧成，郭斌，楊海圣.基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的動力電池熱管理系統(tǒng)研究[J].電源學(xué)報，2017，1502：121-127.

[3]田宇翔.基于熱電制冷技術(shù)的模擬18650鋰離子電池模組散熱研究[D].重慶大學(xué)，2019.

[4]陳尚瑞.動力電池熱管理系統(tǒng)研究[D].西安科技大學(xué)，2020.

[5]牛甜甜.基于熱電效應(yīng)的動力電池熱管理研究[D].上海工程技術(shù)大學(xué)，2017.

作者簡介：江子賢 民族：漢 性別：女 出生年月1989.5.26 單位：佛山市頤然電子科技有限公司 籍貫：廣東省廣州市 現(xiàn)戶籍：廣東省廣州市 郵編528000