朱敘 向靖 黃才智 李雪莉

摘 要：隨著新能源汽車的發(fā)展，電動汽車的電池壽命及使用效率成為共同關(guān)注的熱點(diǎn)，而溫度是影響電池性能的關(guān)鍵因素?；谀壳皩嶋H問題，本項目擬設(shè)計一種基于被動散熱-硅膠導(dǎo)熱吸熱和循環(huán)液體換熱與主動散熱-空氣冷卻相結(jié)合，以集提前預(yù)熱和安全裝置為一體的智能控溫可連續(xù)工作的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。該系統(tǒng)能夠及時有效地降低電池溫度，增強(qiáng)電池穩(wěn)定性，提高電池工作效率。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;電池?zé)峁芾?熱效率

中圖分類號：U469.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 對本項目的相關(guān)資料進(jìn)行了收集

傳統(tǒng)燃料汽車在行駛過程中排放出大量的二氧化碳和熱量，既污染空氣又會導(dǎo)致氣溫升高，無論是從能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的角度，還是環(huán)境保護(hù)的方面來看，發(fā)展新能源汽車是大勢所趨。而電池是新能源汽車的核心部件，其性能的好壞決定著汽車的安全性、經(jīng)濟(jì)性和行駛里程等，而在目前眾多電池類型中，鋰離子電池[1]（以下簡稱鋰電池）性能最佳，廣泛應(yīng)用于電動汽車中。

影響鋰電池性能的因素眾多，其中溫度是影響其性能的重要因素，理論使用溫度為-40℃至70℃，但鋰電池在高溫或者低溫環(huán)境下工作時，都會對電池造成不可逆損失甚至安全事故。因此，為保證其性能最佳，適宜工作溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在25℃±5℃。

目前，新能源汽車在上市售賣以來，因散熱系統(tǒng)不完善而導(dǎo)致電池溫度過高或過低，引起的自燃爆炸事件頻發(fā)。由此可見，對此類電池散熱、安全防護(hù)問題的研究刻不容緩。

因此，我們提出了基于被動散熱-硅膠導(dǎo)熱吸熱和循環(huán)液體換熱與主動散熱-空氣冷卻相結(jié)合，以集提前預(yù)熱和安全裝置為一體的智能控溫可連續(xù)工作的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，及時高效地對電池進(jìn)行散熱，同時利用防止個別電池失效和熱失控故障的裝置，有效解決了電池?zé)崾?、起火、爆炸等問題，保證了駕乘人員安全。散熱裝置的硅膠片能夠及時吸收一部分電池?zé)崃?，減緩電池溫度升高的速度;利用循環(huán)相變液冷，酒精汽化吸收電池產(chǎn)生的熱量;同時結(jié)合均勻送風(fēng)[2]，可起到主動散熱，達(dá)到減少電池包內(nèi)部電池間溫差和單個電池內(nèi)外較大溫差的作用。電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)預(yù)熱裝置通過遠(yuǎn)程控制碳纖維加熱絲進(jìn)行預(yù)熱，可使汽車啟動時，電池可以處于最佳的工作溫度區(qū)間。相比傳統(tǒng)，本系統(tǒng)利用了熱敏電阻隨溫度升高阻值降低和靈敏度高的特性，對熱失效自清裝置進(jìn)行了簡化，實現(xiàn)直接針對任一失效電池進(jìn)行單獨(dú)隔離，保證了電池組整體運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2 對系統(tǒng)總體方案進(jìn)行了設(shè)計

2.1 總體方案

本作品相比市場已有熱管理系統(tǒng)，具有散熱效果好、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，且集散熱、預(yù)熱和安全裝置于一體，便于實現(xiàn)，實用性廣，易于推廣。該電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)三個部分，第一部分為散熱裝置，第二部分為預(yù)熱裝置，第三部分為安全裝置。

2.1.1 散熱裝置

散熱裝置一般適用于南方的夏天，比如重慶。此裝置分為三個板塊，依次為第一散熱裝置、第二散熱裝置和風(fēng)冷裝置。通過硅膠吸熱，循環(huán)液冷結(jié)合酒精相變達(dá)到及時高效對電池進(jìn)行散熱的目的，從而延長電池壽命及其續(xù)航能力。

第一散熱裝置包括貼在電池表面的硅膠材料和內(nèi)部持續(xù)流動著酒精的液冷板。當(dāng)電池溫度超過最佳工作溫度區(qū)間的最大值時，散熱硅膠吸收電池的熱量，使電池升溫速度變慢，再將熱量傳遞給內(nèi)部會持續(xù)循環(huán)酒精的液冷板。如此可達(dá)到降低電池溫度的目的，維持電池正常工作的溫度范圍，有效地延長電池壽命。

第二散熱裝置包括接在液冷板寶塔水嘴上的細(xì)管，智能蠕動泵和表面貼有兩個60 W制冷片的小型水箱;水箱內(nèi)裝有足夠容量的酒精，再利用蠕動泵使酒精通過液冷板的兩個寶塔水嘴在液冷板中循環(huán)往復(fù)，一個水嘴用于進(jìn)酒精，另一個水嘴用于出酒精;在水箱的側(cè)面貼有兩個用于冷卻酒精的制冷片和其散熱裝置;酒精在液冷板上的管道流動過程中會吸熱汽化發(fā)生相變過程，又因為整個管道系統(tǒng)是閉式系統(tǒng)，故酒精可在水箱中凝結(jié)成液體，重新回到管道中對電池進(jìn)行散熱。

風(fēng)冷裝置包括電池組側(cè)方下部的狹長送風(fēng)口和位于電池組下方裝有兩個小風(fēng)扇的風(fēng)道，風(fēng)扇通過送風(fēng)口實現(xiàn)均勻送風(fēng)，對電池組進(jìn)行散熱（實際中由多個電池組成一個電池組）。冷風(fēng)自下而上流過電池表面，電池的電芯，散熱硅膠片以及液冷板上的細(xì)管，達(dá)到減少電池包內(nèi)部電池間溫差和單個電池內(nèi)外較大溫差的作用，盡可能實現(xiàn)電池包的均溫性。

2.1.2 預(yù)熱裝置

此裝置包括極小型發(fā)電機(jī)、碳纖維加熱絲、溫控板和遠(yuǎn)程遙控開關(guān)。北方冬季氣候寒冷，啟動汽車前往往需要預(yù)熱才能使汽車電池達(dá)到最佳工作的溫度區(qū)間，此裝置可利用手機(jī)APP或微信小程序輸入預(yù)計出門時間，遠(yuǎn)程啟動極小型發(fā)電機(jī)，通過均勻分布在電池表面的碳纖維加熱絲來使電池達(dá)到合適的工作溫度。

2.1.3 安全裝置

此安全裝置包括和電池正負(fù)極相連的熱敏電阻、指示燈、保護(hù)電阻與設(shè)置于電池上方裝有滅火劑的安全倉。熱敏電阻額外接一根導(dǎo)線在電池正負(fù)極之間，當(dāng)電池溫度在合適的工作溫度區(qū)間時，熱敏電阻的電阻值趨向于無窮大，相當(dāng)于熱敏電阻所在支路斷路。當(dāng)電池溫度超出限定的安全溫度時，熱敏電阻的電阻值趨向于零，相當(dāng)于使電池短路，從而使已損壞的電池自動退出工作系統(tǒng)而不影響整個電池回路。并且再接一段具有指示燈與用于保護(hù)指示燈的電阻的支路，可以用來識別已損壞的電池并及時更換。

3 結(jié)論

為了解決新能源汽車電池因溫度過高或過低而導(dǎo)致電池壽命減少，續(xù)航能力差和經(jīng)濟(jì)性安全性不佳的問題，本項目提出一種循環(huán)液體換熱、液體相變及提前預(yù)熱的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，該系統(tǒng)包括預(yù)熱裝置，散熱裝置和安全裝置。該系統(tǒng)的散熱裝置能夠及時有效地降低電池溫度，增強(qiáng)電池穩(wěn)定性，提高電池工作效率;系統(tǒng)中的預(yù)熱裝置是保證電池在低溫環(huán)境下可提前預(yù)熱而及時啟動，避免電池在溫度過低的情況下運(yùn)行而造成不可逆的損傷;系統(tǒng)中的安全裝置是保證電池在個別電池?zé)崾Ч收系那闆r下，使失效電池自動退出工作電池組，不影響其他電池工作，保證汽車的正常行駛，消除安全隱患，防患于未然。

參考文獻(xiàn)：

[1]凌晨.電動汽車用鋰離子電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的研究[D].河南師范大學(xué)，2019.

[2]高亞男，儲愛華，張彤.風(fēng)冷電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制策略研究[J].電源技術(shù)，2019，43（09）：1474.