趙春榮　孫峰

摘 要：新能源汽車誕生時不叫新能源汽車，而是叫純電動汽車，在很早以前就出現(xiàn)過，只是當時的電池技術及電池容量相對較為落后，電池的電壓也比較低，后來逐漸被淘汰了。直至世界能源危機爆發(fā)、環(huán)境污染越發(fā)嚴重的今天，純電動汽車又被推上歷史的舞臺?，F(xiàn)在的純電動汽車有另外一個名稱叫新能源汽車，其能源主要來自汽車自帶的動力電池包。

關鍵詞：新能源汽車;電池容量;純電動汽車

隨著世界能源危機的到來，環(huán)境污染對人們的健康生活已經(jīng)造成嚴重的影響，傳統(tǒng)的燃油汽車逐漸向小排量加渦輪增壓方向發(fā)展，但還是不能完全離開化石燃料。于是，新能源汽車應運而生。新能源汽車是少用或者不需要使用傳統(tǒng)的燃料進行能量的轉換以驅動車輛行駛，所以，在新能源汽車大類中的純電動汽車電池包又稱為動力電池包。

1 ? ?純電動汽車中最常用的動力電池

1.1 ?鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池是最先被用在純電動車上的電池。將純鉛與鉛的氧化物相互交叉放置于箱體內(nèi)部，利用稀硫酸溶液作為電解液的鉛酸蓄電池。在充電狀態(tài)下，鉛酸蓄電池的正極由硫酸鉛變成二氧化鉛，負極材料由硫酸鉛變成純鉛。在放電的情況下，正極與負極都變成硫酸鉛白色的晶體。由于鉛酸蓄電池存在質量大、自放電率高、低溫性能差、能量密度低、比功率低等缺點，現(xiàn)在純電動汽車已經(jīng)不采用這樣的動力電池，但是將其作為輔助電池。

1.2 ?鋰離子電池

鋰離子電池在新能源汽車上的應用越來越多。鋰離子電池端電壓達到3.7 V，而鉛酸蓄電池的端電壓只有2 V，現(xiàn)在的純電動汽車一般使用的動力電池電壓在380 V左右，使用鋰電池可以減少電池的個數(shù)，從而減小電池整體的質量。此外，鋰電池的自放電率低，能量密度、比功率比鉛酸蓄電池高。所以，在現(xiàn)在的新能源汽車中，使用較多的是鋰離子電池。

1.3 ?鎳氫電池

鎳氫電池介于鋰電池與鉛酸蓄電池之間，一節(jié)鎳氫電池的端電壓只有1.2 V左右，電池電壓較低。在沒有充足電量的情況下，存儲電池會造成電池過早損壞。雖然可以減少對環(huán)境的污染，但作為動力電池因為電壓過低，當要達到相同電壓時需要更多的電池單體，會造成電池的體積及質量過大。所以，這種電池一般在混合動力汽車中使用較多。

2 ? ?鋰離子電池工作原理及發(fā)熱原因

2.1 ?鋰離子電池工作原理

在鋰離子電池中，以炭為負極材料、以含鋰的化合物為正極的鋰電池，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子在正負極之間移動，當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。作為負極的碳呈層狀結構，有很多微孔，達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當對電池進行放電時，嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。

2.2 ?鋰離子電池發(fā)熱原因

鋰離子電池無論是在充電還是在放電過程中，都會產(chǎn)生熱量。充電時，因為電池在放電過程中的內(nèi)阻逐漸變大，充電槍與電池兩端的電勢差較大，在使用定壓充電的方法對電池充電的初期，電池內(nèi)部流過的電流較大，電流流過電阻較大的電池內(nèi)部，消耗在電池內(nèi)部的電能也較大，產(chǎn)生的熱量就多。

在電池對外放電時，由于在滿電狀態(tài)下，電池的內(nèi)阻很小，剛開始放電時，消耗在電池內(nèi)部的電能少發(fā)熱較小。隨著放電過程的進行，電池內(nèi)阻開始慢慢地變大，很大一部分電能需要消耗在電池的內(nèi)部，此時電池內(nèi)部會產(chǎn)生大量的熱能，使電池溫度升高。

3 ? ?鋰電池溫度過高或者過低的危害

鋰離子電池其實與汽車的發(fā)動機一樣，都有合適的工作溫度，溫度過高或者過低都會嚴重影響電池的容量。當溫度過低時，鋰離子的活性不夠，放電時化學反應過慢，單位時間內(nèi)不能大電流放電，影響汽車的加速性能，而且在溫度低的時候，還會影響電池的容量，繼而影響汽車的續(xù)航里程。

溫度過高會使鋰離子電池內(nèi)部材料發(fā)生短路的可能性增大，鋰離子電池變得極其不穩(wěn)定。一旦造成熱失控就會使電池內(nèi)部溫度急劇升高，進而發(fā)生自燃。溫度過高還會嚴重影響電池的使用壽命。所以，在使用鋰離子電池時一定要嚴格地將溫度控制在允許工作的范圍內(nèi)。

使用鋰離子電池時，在嚴格控制溫度的同時，要嚴格均衡電池的溫度。在動力電池箱里有較多動力電池模組，由單體電池經(jīng)過焊接連接在一起。在控制電池溫度時一定要考慮怎樣對單體電池進行冷卻或者加溫。

4 ? ?電池的冷卻系統(tǒng)

現(xiàn)在的新能源汽車較多采用油電混合，因為油與電混合可以彌補兩者的缺點。使用純?nèi)加万寗拥能囕v在低速時耗油量比較大，減速時發(fā)動機不熄火，又浪費燃油。所以，油電混合可以降低汽車在低速或者減速時的燃油消耗量，同時，可以將汽車在減速時的能量回收。

油電混合車輛分為插電式混合動力汽車和非插電式混合動力汽車。但不管是哪種形式的混合動力汽車，在對電池進行冷卻或加溫時，都是通過電加熱器將動力電池冷卻液加熱。然后通過熱傳遞的形式對電池進行升溫，使之達到合適的工作溫度。電池溫度升高之后，電池管理系統(tǒng)通過控制一個小型水泵強制電池包中的冷卻液循環(huán)，經(jīng)散熱器將冷卻液吸收的電池包熱量散發(fā)至大氣中，以降低電池溫度。雖然這樣的方式比較直接、方便、快捷，但是在冷卻的過程中，能量白白散失，在一定程度上增加了能量的消耗。在純電動車上，這樣的能量散失會制約車輛的續(xù)航里程，因為純電動車的能量主要來自動力電池包。

5 ? ?鋰離子電池包冷卻的方式

純電動汽車電池包冷卻方式主要有兩種：風冷和水冷。

5.1 ?風冷

風冷就是利用流動的空氣將電池包內(nèi)部的熱量帶走。利用強制冷卻風扇進行抽吸，使外界溫度較低的新鮮空氣進入電池包并在電池包內(nèi)部被加熱，然后被抽出電池包，這種冷卻方式結構較為簡單。

5.2 ?水冷

現(xiàn)在的汽車發(fā)動機冷卻基本都是水冷。不僅因為水冷發(fā)動機溫度比較容易控制，還因為水的比熱容較高，使單位質量的水升高1 ℃需要的熱量較多。同時，當電池需要加熱時，電池包冷卻水流過電池周圍能使電池加熱均勻，保持電池溫度均衡。

6 ? ?余熱二次利用

6.1 ?利用熱量對駕駛室進行升溫

幾乎每輛汽車都有空調(diào)，冬季環(huán)境溫度下降，車內(nèi)的溫度也下降。人在駕駛車輛時會感覺冰涼，此時需要將車里的溫度升高使人感到舒適。在傳統(tǒng)的燃油車上，通常利用發(fā)動機的冷卻水對流過熱交換器的空氣進行加熱，繼而使車內(nèi)的溫度升高。但是在此過程中，溫度上升比較慢，假如發(fā)動機剛啟動就開暖氣，此時肯定無法有暖氣吹出。只有等發(fā)動機冷卻水溫度上升后，才會慢慢有暖氣從空調(diào)出風口吹出來，過程相當緩慢。

純電動汽車用鋰離子電池作為動力電池，鋰離子電池有幾大缺點：不支持大電流充電、過度放電、溫度不能過低也不能過高。但是在對鋰離子電池進行充電或者放電時，電池由于本身的內(nèi)阻而發(fā)熱，產(chǎn)生余熱。如果能將這些熱量加以利用就能節(jié)約能源。同時，減少了動力電池的負載。在充電的時候就已經(jīng)將熱量轉移至車內(nèi)，從車外進入車內(nèi)就能立刻感受到溫暖。

6.2 ?利用電池余熱對冷卻水進行加熱

純電動汽車在一般情況下都會有兩個水壺，一個水壺冷卻的是驅動電機以及電機控制器，防止電機以及電機控制器過熱而造成功率限制。但是天氣過冷時電機的一些軸承潤滑油會凝固，造成車輛在早晨啟動時阻力過大。電機的轉子在定子產(chǎn)生的電磁作用下感應出感應電動勢，而阻力過大的電機轉速下降時發(fā)熱量猛然增大，造成電機內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱量。

電動汽車在電池充電時，除了利用熱泵空調(diào)將熱量帶入駕駛室內(nèi)部，也可以通過電池冷卻液循環(huán)對電機冷卻液進行加溫，讓電機冷卻液溫度升高，繼而對電機進行保溫。還可以利用一個罐子將電池包加熱過的水收集起來，對車輛需要加溫的地方進行保溫處理，能使汽車行駛里程增加，大大降低電機控制器及電機的故障發(fā)生率。

6.3 ?利用電池包熱反饋對充電功率進行限制

無論是鋰電池還是鉛酸蓄電池，只要是存儲電能的化學電池，都不能利用大電流對其進行充電。因為化學反應有轉換效率，超過了這個轉換效率，多余的電能就會使電池發(fā)熱，在鉛酸蓄電池中就是電解水。要想讓電池更好地持久使用，就要嚴格控制電池的充電電流。雖然現(xiàn)在的純電動汽車對動力電池已經(jīng)有了一定的保護，即過溫保護，但這種保護方法過于簡單，當車輛充電時，電池管理系統(tǒng)對電池的溫度進行實時監(jiān)控，只要電池的溫度過高就立即切斷對電池的充電，較好地保護了動力電池。

7 ? ?結語

關于純電動汽車動力電池—鋰電池余熱回收利用方法，許多文獻簡單地敘述了純電動汽車車用動力電池的種類，特別是鋰電池的性能、充電方式和動力電池在汽車上的實際冷卻方式，還綜述了熱泵空調(diào)?，F(xiàn)在，汽車上應用較多的還是水冷電池，因其造價低廉、冷卻有效，更適合當前的純電動汽車使用。

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