電動(dòng)汽車整車電池?zé)峁芾硖接?/h1>
2020-08-06 14:49:20崔厚明
大眾汽車·學(xué)術(shù)版 2020年1期 關(guān)鍵詞：發(fā)展方向
崔厚明
摘 要 隨著我國(guó)近年來(lái)可持續(xù)發(fā)展理念的不斷推廣，目前市場(chǎng)上電動(dòng)車也如雨后春筍一般涌現(xiàn)。目前市場(chǎng)中的各種電動(dòng)車在進(jìn)行熱管理時(shí)，其系統(tǒng)方案較多并且各有優(yōu)劣，但其主要目的都是盡可能降低電動(dòng)車對(duì)電池能源的需求，保證電動(dòng)車?yán)m(xù)航和里程的前提下，盡可能提高電動(dòng)車的舒適度和安全性。鋰電池具有極高的能量密度，并且能量轉(zhuǎn)換效率較高，受到了現(xiàn)代電動(dòng)汽車市場(chǎng)的青睞。本文中簡(jiǎn)單分析了鋰電池的特性，并分析了電動(dòng)汽車的整車電池?zé)峁芾矸桨福荚跒槲覈?guó)電動(dòng)汽車的發(fā)展提供幫助與參考。
關(guān)鍵詞 電動(dòng)汽車;電池?zé)峁芾?發(fā)展方向;鋰電池
對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，電池就是汽車運(yùn)行的核心部件，而在進(jìn)行電池的系統(tǒng)管理時(shí)，選擇現(xiàn)代化的科技手段，對(duì)電池的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控和管理，對(duì)于不同汽車的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)都至關(guān)重要。不同汽車在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)于動(dòng)力的要求也有所不同，而在進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)時(shí)，需要選擇合適的熱管理方案，這樣才能保證電池的動(dòng)力供應(yīng)效率和熱管理效果，通過(guò)這種方式來(lái)提高電動(dòng)汽車的使用壽命和運(yùn)行質(zhì)量，使電動(dòng)車的總體性能獲得提高。
1電池?zé)峁芾碓O(shè)計(jì)的主要目標(biāo)
電池?zé)峁芾碓谶M(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其主要目標(biāo)包括定性指標(biāo)和定量指標(biāo)兩個(gè)方面。定性指標(biāo)主要是針對(duì)汽車的運(yùn)行狀況和理論基礎(chǔ)進(jìn)行分析，在應(yīng)用過(guò)程中主要是對(duì)運(yùn)行狀況進(jìn)行記錄;而定量指標(biāo)則需要在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)和資料進(jìn)行反復(fù)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，才能獲得較為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，這種指標(biāo)的獲取難度較大，并且在獲得了各項(xiàng)指標(biāo)后，還需要考慮電動(dòng)車的實(shí)際結(jié)構(gòu)以及電池系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)這種方式，才能使最終的參數(shù)應(yīng)用于電動(dòng)汽車電池的設(shè)計(jì)和管理中。
1.1 電池系統(tǒng)熱環(huán)境溫度范圍
對(duì)于不同類型的電池來(lái)說(shuō)，對(duì)于溫度的界定有一定的不同，而電池系統(tǒng)熱環(huán)境溫度范圍是保證熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本指標(biāo)和要求，通常情況下來(lái)說(shuō)，我國(guó)所使用的磷酸鐵鋰電池在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其電池系統(tǒng)的熱環(huán)境溫度范圍通常在-30攝氏度至60攝氏度之間。所以在進(jìn)行實(shí)際的電池系統(tǒng)設(shè)置時(shí)，可以將這個(gè)溫度區(qū)間作為主要的溫度范圍進(jìn)行管理。
1.2 熱環(huán)境的一致性
熱環(huán)境的一致性對(duì)于計(jì)算電池溫度設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，這也是對(duì)冷卻系統(tǒng)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)。目前市場(chǎng)中所選擇的工程技術(shù)以±5攝氏度為質(zhì)量范圍，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于汽車的結(jié)構(gòu)和空間等多種因素的限制，想要滿足±5攝氏度的設(shè)計(jì)指標(biāo)難度較大，所以在目前市場(chǎng)上常見的汽車電池?zé)岘h(huán)境一致性通常在±7攝氏度左右。
1.3 低溫加熱溫度控制
目前市場(chǎng)中所選擇的磷酸鐵鋰電池，在應(yīng)用過(guò)程中對(duì)于溫度的要求較高，如果周圍環(huán)境溫度過(guò)低就會(huì)導(dǎo)致鋰電池在充電時(shí)消耗的時(shí)間更多，所以在汽車的電池內(nèi)部往往需要配置加熱系統(tǒng)，這也是十分重要的一項(xiàng)熱管理性能指標(biāo)。
2電動(dòng)汽車整車電池?zé)峁芾淼拇胧?/p>
2.1 以鋰電池進(jìn)行分析
電動(dòng)汽車在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，電源供應(yīng)是保證電動(dòng)汽車動(dòng)力的關(guān)鍵，也是鋰電池的實(shí)際工作方式，而在進(jìn)行整個(gè)汽車的電池管理時(shí)，鋰電池的電池溫度對(duì)于汽車的整體運(yùn)行和功率性能有極為密切的聯(lián)系。如果外界環(huán)境溫度過(guò)低，會(huì)直接導(dǎo)致鋰電池的有效容量快速衰減，無(wú)法在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中為汽車提供足夠的動(dòng)力，例如在0攝氏度以下電池的可用容量會(huì)大大減少，而溫度過(guò)低，還有可能出現(xiàn)瞬間的電壓過(guò)充情況，出現(xiàn)電池內(nèi)部鋰的析出，這種狀況有可能導(dǎo)致短路事件的發(fā)生。除此之外，在對(duì)鋰電池的熱相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)電池的安全性問(wèn)題也與電池的熱問(wèn)題有較高的關(guān)聯(lián)性，在生產(chǎn)過(guò)程中如果沒有嚴(yán)格對(duì)鋰電池的質(zhì)量進(jìn)行控制，就有可能導(dǎo)致電池在使用過(guò)程中發(fā)生局部過(guò)熱的情況，溫度過(guò)高會(huì)出現(xiàn)放熱反應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致電池爆炸，對(duì)于乘車人員的安全和正常的汽車使用都會(huì)埋下安全隱患。
2.2 空氣強(qiáng)制對(duì)流
在進(jìn)行電池的熱管理時(shí)，發(fā)現(xiàn)散熱是其中一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容，而空氣的強(qiáng)制對(duì)流是散熱的重要方式，這種對(duì)流方式是將空氣作為傳熱介質(zhì)進(jìn)行散熱;但值得注意的是，空氣本身所具備的冷卻效果較差，在這種狀況下就需要選擇強(qiáng)制的空氣冷卻方式，而運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的流動(dòng)能夠使空氣帶走一定的電池?zé)崃浚瑢?duì)電池溫度起到控制作用。在強(qiáng)制對(duì)流系統(tǒng)的應(yīng)用時(shí)，需要注意電池的散熱槽設(shè)計(jì)，保證電池在安裝時(shí)與其他的設(shè)備有一定的距離，需要科學(xué)的設(shè)置散熱面積和電池封裝工作，這樣才能保證散熱工作能夠穩(wěn)定運(yùn)行。我國(guó)目前所采用的電動(dòng)汽車電池組，往往會(huì)選擇串聯(lián)和并聯(lián)式的通道，在仿真的結(jié)果下對(duì)電池的散熱性進(jìn)行分析，能夠了解熱輻射在這個(gè)散熱過(guò)程中占有較高的比例，所以應(yīng)當(dāng)盡可能強(qiáng)化傳熱并降低溫度，這樣能夠有助于使電池的運(yùn)行更為穩(wěn)定。風(fēng)冷是目前市場(chǎng)中選擇的一種較為常用的電池散熱方式，這種方式能夠有效的對(duì)電池進(jìn)行散熱，并且這種設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，再進(jìn)行安裝時(shí)成本也較低，但無(wú)論是冷卻還是加熱，風(fēng)冷存在效率較低的問(wèn)題，相關(guān)工作人員需要予以解決。
3總結(jié)
隨著近年來(lái)時(shí)代的不斷發(fā)展，為了滿足節(jié)能環(huán)保型社會(huì)的需求，汽車生產(chǎn)行業(yè)應(yīng)當(dāng)逐漸向電動(dòng)汽車不斷發(fā)展相關(guān)工作人員需要明確電動(dòng)汽車電池的熱管理分析，這對(duì)于汽車行業(yè)的總體發(fā)展來(lái)說(shuō)，也能夠起到積極的意義。相關(guān)工作人員需要認(rèn)真嚴(yán)肅的對(duì)待汽車鋰電池生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中存在的熱效應(yīng)，并做好相應(yīng)的熱管理，這樣才能使總體質(zhì)量管理得到控制，使我國(guó)的電動(dòng)汽車發(fā)展更為有效和快速。
參考文獻(xiàn)
[1] 王偉民，徐人鶴，王小碧，等.純電動(dòng)汽車整車熱管理系統(tǒng)集成仿真技術(shù)研究[C]// 2019中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集（4）.2019.
[2] 顏藝. 基于液體直接接觸式電動(dòng)汽車電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].華南理工大學(xué)，2019.
[3] 帝瑪（Dmytro Bosyi）. 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究：翅片與間隔對(duì)電池組散熱的影響[D].天津大學(xué)，2018.
[4] 艾志華. 純電動(dòng)車熱泵空調(diào)與動(dòng)力系統(tǒng)集成式熱管理系統(tǒng)研究[D].湖南大學(xué)，2018.
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崔厚明
摘 要 隨著我國(guó)近年來(lái)可持續(xù)發(fā)展理念的不斷推廣，目前市場(chǎng)上電動(dòng)車也如雨后春筍一般涌現(xiàn)。目前市場(chǎng)中的各種電動(dòng)車在進(jìn)行熱管理時(shí)，其系統(tǒng)方案較多并且各有優(yōu)劣，但其主要目的都是盡可能降低電動(dòng)車對(duì)電池能源的需求，保證電動(dòng)車?yán)m(xù)航和里程的前提下，盡可能提高電動(dòng)車的舒適度和安全性。鋰電池具有極高的能量密度，并且能量轉(zhuǎn)換效率較高，受到了現(xiàn)代電動(dòng)汽車市場(chǎng)的青睞。本文中簡(jiǎn)單分析了鋰電池的特性，并分析了電動(dòng)汽車的整車電池?zé)峁芾矸桨福荚跒槲覈?guó)電動(dòng)汽車的發(fā)展提供幫助與參考。
關(guān)鍵詞 電動(dòng)汽車;電池?zé)峁芾?發(fā)展方向;鋰電池
對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，電池就是汽車運(yùn)行的核心部件，而在進(jìn)行電池的系統(tǒng)管理時(shí)，選擇現(xiàn)代化的科技手段，對(duì)電池的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控和管理，對(duì)于不同汽車的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)都至關(guān)重要。不同汽車在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)于動(dòng)力的要求也有所不同，而在進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)時(shí)，需要選擇合適的熱管理方案，這樣才能保證電池的動(dòng)力供應(yīng)效率和熱管理效果，通過(guò)這種方式來(lái)提高電動(dòng)汽車的使用壽命和運(yùn)行質(zhì)量，使電動(dòng)車的總體性能獲得提高。
1電池?zé)峁芾碓O(shè)計(jì)的主要目標(biāo)
電池?zé)峁芾碓谶M(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其主要目標(biāo)包括定性指標(biāo)和定量指標(biāo)兩個(gè)方面。定性指標(biāo)主要是針對(duì)汽車的運(yùn)行狀況和理論基礎(chǔ)進(jìn)行分析，在應(yīng)用過(guò)程中主要是對(duì)運(yùn)行狀況進(jìn)行記錄;而定量指標(biāo)則需要在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)和資料進(jìn)行反復(fù)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，才能獲得較為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，這種指標(biāo)的獲取難度較大，并且在獲得了各項(xiàng)指標(biāo)后，還需要考慮電動(dòng)車的實(shí)際結(jié)構(gòu)以及電池系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)這種方式，才能使最終的參數(shù)應(yīng)用于電動(dòng)汽車電池的設(shè)計(jì)和管理中。
1.1 電池系統(tǒng)熱環(huán)境溫度范圍
對(duì)于不同類型的電池來(lái)說(shuō)，對(duì)于溫度的界定有一定的不同，而電池系統(tǒng)熱環(huán)境溫度范圍是保證熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本指標(biāo)和要求，通常情況下來(lái)說(shuō)，我國(guó)所使用的磷酸鐵鋰電池在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其電池系統(tǒng)的熱環(huán)境溫度范圍通常在-30攝氏度至60攝氏度之間。所以在進(jìn)行實(shí)際的電池系統(tǒng)設(shè)置時(shí)，可以將這個(gè)溫度區(qū)間作為主要的溫度范圍進(jìn)行管理。
1.2 熱環(huán)境的一致性
熱環(huán)境的一致性對(duì)于計(jì)算電池溫度設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，這也是對(duì)冷卻系統(tǒng)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)。目前市場(chǎng)中所選擇的工程技術(shù)以±5攝氏度為質(zhì)量范圍，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于汽車的結(jié)構(gòu)和空間等多種因素的限制，想要滿足±5攝氏度的設(shè)計(jì)指標(biāo)難度較大，所以在目前市場(chǎng)上常見的汽車電池?zé)岘h(huán)境一致性通常在±7攝氏度左右。
1.3 低溫加熱溫度控制
目前市場(chǎng)中所選擇的磷酸鐵鋰電池，在應(yīng)用過(guò)程中對(duì)于溫度的要求較高，如果周圍環(huán)境溫度過(guò)低就會(huì)導(dǎo)致鋰電池在充電時(shí)消耗的時(shí)間更多，所以在汽車的電池內(nèi)部往往需要配置加熱系統(tǒng)，這也是十分重要的一項(xiàng)熱管理性能指標(biāo)。
2電動(dòng)汽車整車電池?zé)峁芾淼拇胧?/p>
2.1 以鋰電池進(jìn)行分析
電動(dòng)汽車在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，電源供應(yīng)是保證電動(dòng)汽車動(dòng)力的關(guān)鍵，也是鋰電池的實(shí)際工作方式，而在進(jìn)行整個(gè)汽車的電池管理時(shí)，鋰電池的電池溫度對(duì)于汽車的整體運(yùn)行和功率性能有極為密切的聯(lián)系。如果外界環(huán)境溫度過(guò)低，會(huì)直接導(dǎo)致鋰電池的有效容量快速衰減，無(wú)法在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中為汽車提供足夠的動(dòng)力，例如在0攝氏度以下電池的可用容量會(huì)大大減少，而溫度過(guò)低，還有可能出現(xiàn)瞬間的電壓過(guò)充情況，出現(xiàn)電池內(nèi)部鋰的析出，這種狀況有可能導(dǎo)致短路事件的發(fā)生。除此之外，在對(duì)鋰電池的熱相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)電池的安全性問(wèn)題也與電池的熱問(wèn)題有較高的關(guān)聯(lián)性，在生產(chǎn)過(guò)程中如果沒有嚴(yán)格對(duì)鋰電池的質(zhì)量進(jìn)行控制，就有可能導(dǎo)致電池在使用過(guò)程中發(fā)生局部過(guò)熱的情況，溫度過(guò)高會(huì)出現(xiàn)放熱反應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致電池爆炸，對(duì)于乘車人員的安全和正常的汽車使用都會(huì)埋下安全隱患。
2.2 空氣強(qiáng)制對(duì)流
在進(jìn)行電池的熱管理時(shí)，發(fā)現(xiàn)散熱是其中一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容，而空氣的強(qiáng)制對(duì)流是散熱的重要方式，這種對(duì)流方式是將空氣作為傳熱介質(zhì)進(jìn)行散熱;但值得注意的是，空氣本身所具備的冷卻效果較差，在這種狀況下就需要選擇強(qiáng)制的空氣冷卻方式，而運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的流動(dòng)能夠使空氣帶走一定的電池?zé)崃浚瑢?duì)電池溫度起到控制作用。在強(qiáng)制對(duì)流系統(tǒng)的應(yīng)用時(shí)，需要注意電池的散熱槽設(shè)計(jì)，保證電池在安裝時(shí)與其他的設(shè)備有一定的距離，需要科學(xué)的設(shè)置散熱面積和電池封裝工作，這樣才能保證散熱工作能夠穩(wěn)定運(yùn)行。我國(guó)目前所采用的電動(dòng)汽車電池組，往往會(huì)選擇串聯(lián)和并聯(lián)式的通道，在仿真的結(jié)果下對(duì)電池的散熱性進(jìn)行分析，能夠了解熱輻射在這個(gè)散熱過(guò)程中占有較高的比例，所以應(yīng)當(dāng)盡可能強(qiáng)化傳熱并降低溫度，這樣能夠有助于使電池的運(yùn)行更為穩(wěn)定。風(fēng)冷是目前市場(chǎng)中選擇的一種較為常用的電池散熱方式，這種方式能夠有效的對(duì)電池進(jìn)行散熱，并且這種設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，再進(jìn)行安裝時(shí)成本也較低，但無(wú)論是冷卻還是加熱，風(fēng)冷存在效率較低的問(wèn)題，相關(guān)工作人員需要予以解決。
3總結(jié)
隨著近年來(lái)時(shí)代的不斷發(fā)展，為了滿足節(jié)能環(huán)保型社會(huì)的需求，汽車生產(chǎn)行業(yè)應(yīng)當(dāng)逐漸向電動(dòng)汽車不斷發(fā)展相關(guān)工作人員需要明確電動(dòng)汽車電池的熱管理分析，這對(duì)于汽車行業(yè)的總體發(fā)展來(lái)說(shuō)，也能夠起到積極的意義。相關(guān)工作人員需要認(rèn)真嚴(yán)肅的對(duì)待汽車鋰電池生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中存在的熱效應(yīng)，并做好相應(yīng)的熱管理，這樣才能使總體質(zhì)量管理得到控制，使我國(guó)的電動(dòng)汽車發(fā)展更為有效和快速。
參考文獻(xiàn)
[1] 王偉民，徐人鶴，王小碧，等.純電動(dòng)汽車整車熱管理系統(tǒng)集成仿真技術(shù)研究[C]// 2019中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集（4）.2019.
[2] 顏藝. 基于液體直接接觸式電動(dòng)汽車電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].華南理工大學(xué)，2019.
[3] 帝瑪（Dmytro Bosyi）. 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究：翅片與間隔對(duì)電池組散熱的影響[D].天津大學(xué)，2018.
[4] 艾志華. 純電動(dòng)車熱泵空調(diào)與動(dòng)力系統(tǒng)集成式熱管理系統(tǒng)研究[D].湖南大學(xué)，2018.
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