新能源汽车动力电池热管理系统优化

新能源汽车动力电池热管理系统优化

杜涛

342222198711090491徐州徐工商用车科技有限公司

摘要：现如今，随着我国经济的加快发展，近年来，随着人们环保意识的增强，新能源汽车逐渐走入人们的视野。而锂电池是新能源汽车中的核心部分，其性能直接影响车辆的工作效率和行驶安全性。然而，在实际应用中，锂电池的热管理问题始终是制约其发展的一个重要因素。由于锂电池在工作过程中会产生大量的热量，如果这些热量无法得到有效管理和控制，不仅会降低电池的工作效率，还可能导致电池过热和安全事故。因此，如何优化锂电池热管理系统的热性能，提高其工作效率和安全性，是当前急需研究的一个重要问题。

关键词：新能源汽车；动力电池热；管理系统优化

引言

随着环境问题和能源危机的出现，新能源汽车作为一种低碳、环保的交通工具，受到了世界各国的广泛关注和推广。动力电池作为新能源汽车的核心部件之一，其性能和使用寿命对整车性能和使用寿命起到至关重要的作用。然而，动力电池在工作过程中会产生大量的热量，这些热量若不能及时有效地排出，会导致电池温度升高，进而影响电池性能和使用寿命。因此，设计一种高效的动力电池热管理系统对于延长电池使用寿命具有重要意义。

1动力电池热管理系统作用

动力电池热管理系统主要是保证新能源汽车在行驶过程中，动力电池处于合适的运行温度，并在保证电池性能和安全性的前提下，将电池电化学特性和生热机理等进行融合，从而对电池温度进行测量和监控。同时，动力电池的温度如果处于上升的状态，其可以有效地将热量散发出去，如果温度较低，就会对电池组进行加热，从而确保运行的稳定性和安全性。另外，在充电期间，动力电池内部发生反应以后，会产生有害气体，因此需要及时进行通风，将其排出，这样能保证电池模块之间温度的一致性，实现新能源汽车运行的稳定性和安全性。

2新能源汽车动力电池热管理系统优化

2.1冷却系统

在使用过程中，由于受到工作电流及本身化学特点的影响，新能源汽车电池很容易产生过多的热量，导致出现发热的情况。并且，在新能源汽车动力电池充电期间，如果产生大量的热量，就需要及时对新能源汽车动力电池进行散热处理，否则不仅会影响电池的性能，还会导致安全事故的产生。根据不同的冷却介质对新能源汽车动力电池的冷却方式进行分类，可以分为气体式冷却、液体式冷却和相变材料式冷却。其中，气体式冷却就是指冷风散热，可利用串行和并行的方式进行散热。气体式串行冷风占用的空间较小，便于安装，但是散热性相对较差，很容易造成电池组的温度异常。进行并行风冷散热可以获得更显著的效果，并且可以使电池模块表面的空气量呈现出平衡的状态。例如，某品牌新能源汽车以冷风散热系统为主，并且根据实际情况，配置了电动风扇，这样可以适当加快风速，保证电池组的稳定性。

2.2电池加热系统设计

在低温环境下，动力电池的性能和可靠性都会受到严重的影响。比如，动力电池内部电解液的流动性会下降，电荷传输速度变慢，从而导致电池容量下降和功率输出不稳定。为了解决这一问题，电池加热系统被广泛应用。具体而言，在设计电池加热系统时，可从常规空气加热式、电加热式和相变材料加热式技术3方面进行分析，并需要根据具体的应用场景和需求选择合适的加热方式。常规空气加热式技术是利用新能源汽车的冷却系统和空气热传导，将冷却系统中的冷却剂通过专门的阀门引导至电池模块附近，通过循环冷却剂将热量传递给电池来提升其温度。而电加热式技术就是在电池模块内部或外部安装加热元件，通电后将电能转化为热能进行加热。电加热方式包括电热丝、电热垫和PTC热敏电阻等，可以实现快速、均匀加热，并且能够根据需要对动力电池温度进行精确的控制。相变材料加热式技术是利用相变材料的潜热来进行加热。相变材料可在低温状态下吸收热量并发生相变，释放出潜热，从而提升电池的温度。常用的相变材料包括陶瓷储热盒、相变材料蓄热罐等。其中，常规空气加热式和电加热式技术适用于电池加热系统对加热均匀性和温度控制要求较高的情况，相变材料加热式技术可以提供稳定的恒温效果，适用于长时间维持恒定温度。同时，还需要考虑电池加热系统的安全性、能耗和成本等因素，以找到最合适的设计方案。在电池加热系统设计中，需要考虑材料的选择和设计，以实现快速、均匀的加热效果，减少能量损耗。同时，在开展动力电池散热设计时，要注重在加热过程中所产生的热量的排放，并根据实际需求和成本效益综合采用不同技术。总之，电池加热系统的设计可采用常规空气加热式、电加热式和相变材料加热式技术来实现。其中，常规空气加热式技术操作简单、成本低；电加热式技术可实现精确的温度控制；相变材料加热式技术具有高效率、节能和稳定性好的特点。在开展设计时，需要综合考虑加热效果、能量效率、成本及系统的可靠性和安全性等因素，以提高低温环境下动力电池的性能和可靠性。

2.3加强集成与控制技术应用

集成与控制技术在锂电池热管理系统中扮演重要的角色，其涉及系统集成设计、智能热管理控制及云端热管理分析与优化。系统集成设计是为了实现各个热管理组件和电池模块的高效集成和协同工作，这需要考虑到电池模块的几何尺寸、热特性和工作条件，以及冷却系统的类型和工作参数。在系统集成设计中，需要通过CAD和CFD等软件进行详细的设计和分析，以确定最优的集成方案。例如，可选用热导率为0.4～6W/（m·K）的热界面材料（TIM）来保证锂电池与冷却系统之间的有效热传递，为了实现高效的热管理，在开展系统集成设计时还需要考虑到电池组及车辆的整体热环境和空气动力学效应，以减小系统的热阻和提高冷却效率。在智能热管理控制算法中，PID控制算法是核心，其控制精度可以达到±0.1℃，而且实时响应时间<50ms。同时，还需要根据电池的SOC、SOH等因素对控制算法进行动态调整，以实现最优化的温度控制效果。

结语

对新能源汽车锂电池热管理系统热性能优化技术方案进行全面的分析，首先从热管理系统的需求和面临的挑战出发，明确优化其热性能的重要性和紧迫性，然后对先进热管理材料、热管理系统设计、集成与控制技术及性能测试与评估等方面进行深入探讨，提出一套系统的热性能优化技术方案。该方案可以有效提高锂电池的工作效率和延长其使用寿命，提高电池和汽车运行的安全性，为解决新能源汽车锂电池热管理系统的热性能问题提供有益的理论和实践参考，对于推动新能源汽车和锂电池技术的发展具有重要作用。

参考文献

[1]张利.新能源汽车动力电池热管理系统优化[J].汽车与新动力,2023(1):40-42.

[2]陈旭斌.商用新能源汽车电池热管理系统运用[J].当代化工研究,2022(20):183-185.

[3]梁欣.电动汽车锂离子动力电池热管理分析[J].汽车测试报告,2022(20):70-72.

[4]邹艳红.新能源汽车锂电池热管理系统热性能优化控制策略[J].中国设备工程,2022(15):89-91.

[5]胡伟钦.新能源汽车动力电池热管理系统设计[J].机电技术,2022(2):62-64.

[6]左培文,朱培培,邵丽青.新能源汽车动力电池产业发展特点与趋势分析[J].汽车文摘,2022(1):1-7.