0 引言

隨著能源危機和生態(tài)環(huán)境的惡化，純電動汽車得到快速發(fā)展，在純電動汽車中，鋰電池是重要的動力裝置，其優(yōu)點在于環(huán)保性強、可循環(huán)充電，具有廣闊的發(fā)展前景。但是純電動汽車能源供給依賴于鋰電池，但是鋰電池工作對于溫度要求較高，一旦電池溫差超過范圍值很容易出現(xiàn)熱失控問題，甚至引起電池爆炸等安全事故。因此，對純電動汽車動力電池組熱特性及散熱結構優(yōu)化研究具有重要的意義。

1 純電動汽車動力電池組熱管理系統(tǒng)

純電動汽車動力電池組溫度來源是十分關鍵的問題，如果電池運行環(huán)境溫度過低。電池內阻變化加大，電池溫差增加，如果電池運行環(huán)境溫度過高，這引起熱失控，引發(fā)電池爆炸等安全事故。由于電池對溫度的變化十分敏感，因此，需要對電池組熱管理系統(tǒng)進行研究，從而提高電池溫度穩(wěn)定性。當前，純電動汽車動力電池組熱管理系統(tǒng)根據(jù)冷卻介質的不同主要分為風冷、液冷、相變材料冷卻以及熱管冷卻散熱系統(tǒng)，冷卻方式主要有主動冷卻、被動冷卻兩種方式。

首先，風冷散熱指的是以空氣為傳送介質，通過空氣流動，將電池運行過程中產生的熱量帶走。這種散熱模式下又分為串行散熱和并行散熱兩種方式。具體如圖1所示。

當天晚上，小蟲和玉敏去了姑媽家。兩人散著步，一路看著凌州夜景。夜晚的凌州華燈齊放，流光溢彩，整座城市晶瑩剔透，艷麗華美，勞累的人們從工作中解脫出來，在燈紅酒綠中釋放疲憊和激情。小蟲說，凌州人真他媽的幸福死了。玉敏說我們是沒指望了，沒鉆戒這事也沒指望。

其次，液冷散熱，即以液體為介質，通過將液體與電池產生直接或間接接觸將電池產生的熱量帶走。與風冷散熱相比，液冷散熱效果更加理想，尤其是在高溫環(huán)境下，由于外界溫度本身較高，風冷散熱難以達到較好的散熱效果，而液冷散熱優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)

。液冷散熱結構主要有被動式和主動式兩種方式，具體如圖2所示。

通過仿真，得出，電池單體以2C放電時，需要對其進行散熱，使電池處于適宜的溫度下進行工作，而對于電池組，產生的熱量還會進一步增加，這就更需要采取措施對電池組進行降溫。

再次，相變材料散熱。相變材料指的是在一定溫度條件下，知識物理狀態(tài)發(fā)生改變的物質材料，這種材料在物理狀態(tài)發(fā)生改變時，會通過與周圍接觸物體進行熱量交換，恢復自身溫度，在日常生活中，石蠟、脂肪酸等都是常見的相變材料。而將這些相比材料應用到動力電池散熱系統(tǒng)中，可以通過相同材料的相變散熱實現(xiàn)電池組的熱管理。

正是由于對短篇小說的偏愛，導致小編年輕的時候，沒有把《武俠版》上連載的長篇讀完，最后竟然因此幸運地沒有掉進《山河》的十年大坑……

第一，密度與比熱容。鋰離子電池單位熱模型的構建需要對所用材料熱物性參數(shù)進行確定，包括電池密度、比熱容、導熱系數(shù)以及生熱速率。為了保障各個熱物性參數(shù)的科學性，本研究采取加權評價法來對各參數(shù)進行及時，結合大量資料查詢，最終得出電池材料熱物性參數(shù)如表1所示。

2 鋰離子動力電池組熱特性分析

2.1 鋰離子電池工作原理

鋰離子電子并非指的是金屬鋰的電池，其組成材料負極為碳素材料，正極為含鋰的化合物，只有鋰離子，因此成為鋰電池。鋰離子電池故障包括放電和充電，其工作原理主要是鋰離子的嵌入和脫嵌，在這過程中，伴隨與鋰離子等量電子的嵌入、脫嵌。在充電過程中，鋰離子從正極材料脫離，通過中間隔膜移動到負極方向，并與負極電子相結合，由Li

還原成Li，同時Li嵌入到負極碳材料的微孔中，隨著Li的不斷聚集，完成電池充電；放電過程與充電過程恰好相反，是Li

由負極移動到正極，并存儲在正極材料中，完成放電

。具體如圖3所示。

2.2 鋰離子電池化結構

常見的鋰離子電池主要有圓柱形和方形兩種，本文以圓柱形鋰離子電子為例進行研究。圓柱形鋰離子結構如圖4所示，鋰電子電池正負極與隔膜被纏繞在負極柱上，然后將其裝到圓柱形殼內，再注入電解液，最后進行封口，完成成品。其中，電池主要部件有正極、PTC元件、絕緣板、保護閥、隔膜板、墊片等。

2.3 鋰離子電池失效機理

濕地生態(tài)旅游開發(fā)需要強有力的領導機構，需要政府的政策支持。濕地生態(tài)旅游開發(fā)是一個綜合性工作，需要協(xié)調調度多個部門的力量，要有強有力的政策措施。濕地生態(tài)旅游依托的對象是濕地，必須做好退耕還濕工作，加快濕地生態(tài)恢復步伐，保證濕地的規(guī)模和質量，做好濕地旅游宣傳，彰顯濕地魅力。

第三，電池過度充電。鋰電子電池如果在充電過程中充電過度，會引起電池正極缺氧，活性物質被大量消耗，同時產生不容物質直接造成電池孔隙的堵塞等問題，使得電池中的鋰離子大量降低

。

第二，電解液分解。當前純電動汽車鋰電池電解液主要由鋰鹽組成的電解質以及其他有機酸混合物共同組成的溶劑。在鋰電池充電過程中，電池負極不斷發(fā)生還原反應，會對電解液產生一定的損耗，長期下來也會影響電池使用壽命。

第一，正負極出現(xiàn)裂紋。在鋰離子電池工作時由于熱量的聚積，電池正負極會不斷膨脹，而一旦電池停止工作或者遇冷，又會產生收縮反應，持續(xù)熱脹冷縮容易引起正負極出現(xiàn)裂紋，影響電池性能。

第四，集流體的腐蝕。在鋰離子電池中，通常采用銅或者鋁作為集流體材料，但是在日常使用中，這兩種材料很容易出現(xiàn)腐蝕，而一旦腐蝕就會造成電池內阻增加，電池容量降低。

2.4 鋰離子電池熱物性參數(shù)確定

最后，熱管散熱。這種散熱方式指的是在無外界動力條件下，利用較小的截面積將電池組內大量的熱量傳輸出去，其優(yōu)勢有：導熱性強、熱流密度可變、熱流方向可逆等。當前關于熱管散熱的研究主要有回路型重力熱管、燒結熱管、脈動熱管以及平板環(huán)路熱管幾種類型。

鋰電池內芯密度的計算，首先通過電池材料質量比上材料體積獲得不同材料的密度，最后再進行加權計算，得出，電池等效密度為1825kg/m

。

第一，對流換熱理論，該理論反映了復雜的熱量傳遞過程，其表達式為：φ=hA（T

-T

）

本文研究的電池中，所用材料主要是由鋁制外殼、正負極圖層、電解液、隔膜以及極柱構成，對其進行熱模型仿真時，為了降低仿真難度，選擇將電池內部混合材料均勻化，最終計算出電池等效比熱容為1125J/kg.K。

第二，導熱系數(shù)。根據(jù)電池制作工作，在進行導熱系數(shù)的計算時采用與計算電力等效電阻的方法，通過計算得出，電池單體三個維度的導熱系數(shù)分別為1.7、1.7、8.3W/m.K。

2.5 電池三維熱模型仿真

通過對鋰電池特性的了解可以得知，外界溫度月底，電池內部電解液活性越低，電池內阻越大，造成在放電過程中電池產生的熱量堆積。鋰電池充放電最佳溫度為25-45攝氏度范圍內，才會改善這一狀況。本研究通過對電池單體及電池模組建立熱模型，并對其相同溫度下，不同放電倍率下棋溫度場分布情況進行分析，從而研究電池單體在不同時刻的溫度變化特性，以及最高穩(wěn)定、最大溫差。

1.當局者迷，旁觀者不敢說。2.山不厭高，水不厭深，錢不厭多。3.仕途漫漫其修遠兮，吾將上下打點去。4.眾里尋她千百度，驀然回首，那人正在大款豪車處。5.子在川上曰：污染如斯乎！6.井水不犯河水，河水污染井水。7.天下英雄誰敵手？沒有！老子就是一把手。8.已所不欲，推給別人。

（1）鉆孔時，使鉆孔機瞄準孔位，使用水平尺使機身高度、襯墊牢固，并襯墊機架?？椎钠畈粦笥?0cm，防滲墻的孔斜度不應大于2%。鉆進過程應完全記錄。

式中：(σn-ua)為凈法向應力；Θ=θ/θs為歸一化體積含水率；θ為體積含水率；θs為飽和體積含水率；τf為土體破壞時，破壞面上的剪應力；c′為有效黏聚力；φ′為有效內摩擦角；ua為孔隙氣壓力；uw為孔隙水壓力。

3 鋰離子動力電池組散熱結構設計及優(yōu)化

3.1 電池組散熱結構設計

我們已知動力電池組散熱方式共有風冷散熱、液冷散熱、相變材料散熱以及熱管散熱，而風冷散熱效果較差，相變材料散熱以及熱管散熱具有較好的散熱效果，但是考慮其成本較高，在日常電池組中并不多見，因此，最終選擇液冷散熱。液冷散熱系統(tǒng)不僅具有較好的冷卻效果，同時成本也較低，被廣泛應用在純電動汽車熱管理系統(tǒng)中。

液冷散熱有直接接觸式液冷和間接接觸式液冷，由于直接接觸式對冷卻液有很高的要求，同時對電池包絕緣設計也很高的要求，不容易實現(xiàn)，因此采用間接接觸式液冷。關于間接式液冷卻方式其工作原理是通過流道與電池接觸，將電池產生的熱量帶走。關于電池組散熱結構設計，需要綜合考慮多種因素，例如確保也冷板與動力電池有足夠的換熱面積、液冷版成本要求等問題

。

3.2 流體冷卻理論

流體冷卻理論主要包括以下幾方面：

三要大力普及推廣高效節(jié)水灌溉技術，提高用水效率和效益。把發(fā)展節(jié)水灌溉作為一項根本性措施，作為發(fā)展現(xiàn)代農業(yè)的基礎性條件，以北方缺水地區(qū)為重點，積極推廣管道輸水、噴灌、微灌等高效節(jié)水灌溉技術，大力發(fā)展節(jié)水型設施農業(yè)和旱作農業(yè)，組織實施東北四省區(qū)節(jié)水增糧行動，確?！笆濉逼陂g新增高效節(jié)水灌溉面積5000萬畝，力爭實現(xiàn)新增1億畝的目標。建立健全農業(yè)灌溉用水總量控制和定額管理制度，加強用水計量設施建設，改進水費計收手段，抓好輸水和灌溉各個環(huán)節(jié)的節(jié)水。積極研發(fā)具有中國特色、適合國情、質優(yōu)價廉的節(jié)水灌溉技術和設備，推動節(jié)水灌溉技術裝備規(guī)?；a業(yè)化發(fā)展。

通過運用該理論可以得知，影響對流換熱的核心因素為對流換熱吸收h，而影響h的因素主要有流體流動起因、狀態(tài)、物理性質、有無相變以及換熱表面集合因素；

第二，冷卻液換熱量。其表達式為：Q=mC

ΔT

從理論上來說，鋰離子不會產生可逆消耗反應，但是在鋰離子電池實際工作中，鋰離子一直處于被消耗的狀態(tài)，同時在電池工作過程中，由于溫度的升高進一步加劇了這種反應，而鋰離子隨著消耗越來越少，引起電池性能受損，電池容量減少。其主要原因有以下幾點：

對巡檢的行走路徑進行管理，既可以考核設備主人巡線過程的到位情況、巡線時間、巡線速度、巡檢信息采集，也可以將多次的軌跡進行管理，制定山區(qū)桿塔的導航路徑，為不熟悉桿塔路徑的其他人員，提供數(shù)據(jù)支撐。

對于銀行監(jiān)管部門來說，監(jiān)管部門根據(jù)縣域村鎮(zhèn)銀行的各項經(jīng)營和風險指標進行綜合排名，根據(jù)排名狀況將村鎮(zhèn)銀行劃分為:好(Ⅰ)、中(Ⅱ)、差(Ⅲ)三類，三類主體的經(jīng)營狀況和風險水平均有較大差異，其中Ⅰ類村鎮(zhèn)銀行經(jīng)營狀況良好，風險水平較低;Ⅲ類村鎮(zhèn)銀行經(jīng)營狀況最差，風險問題突出;Ⅱ類村鎮(zhèn)銀行屬于中等水平。假定監(jiān)管技術對三類村鎮(zhèn)銀行的監(jiān)管效果具有同質性，監(jiān)管部門對II類村鎮(zhèn)銀行維持監(jiān)管強度θ不變，對I類監(jiān)管強度低于θ，對Ⅲ類監(jiān)管強度高于θ，并且分類監(jiān)管下總成本與常規(guī)監(jiān)管總成本相同。

在該表達式中，Q代表流體換熱量大小，對于電池組設計其溫差要求為5K以下，在本研究中采用的溫差值為3k；

3.3 電池組液冷散熱結構設計

本文在進行電池組液冷散熱結構設計中，采用的是板式液冷版，通過將液冷板置于電池組下方，通過液液冷板將電池熱量傳遞給冷卻液，從而達到散熱效果。液冷板初步設計如下：設置流道直徑為5mm，共由5條流道構成，將其均勻分布在液冷板板中，同時，綜合考慮其導熱性和輕量化需求，本文采用鋁材質液冷板，液冷板散熱系統(tǒng)模型采用的是四面體網(wǎng)格劃分散熱系統(tǒng)。

根據(jù)前面所提到的各材料物性參數(shù)，本研究將冷卻液初始溫度設置為27攝氏度。在流道長度的計算方面，根據(jù)其橫截面的不同采取不同的計算方法，本文采用的流道橫截面為原型，流速設置為2m每秒，出口邊界條件選擇壓力類型，背壓為零，其他選擇默認設置。

泰森接過紙條看了看，然后從褲袋里摸出了一只氣體打火機，把紙條點燃了。一時間，我們三個人都沒有說話，望著藍瑩瑩的火苗無聲地舔食著紙條，最后化作一縷灰燼飄然落下。

3.4 電池組液冷散熱系統(tǒng)仿真

通過對電池組液冷散熱系統(tǒng)進行仿真可以看出，電池組溫度分布情況具體如下：電池組分布與液冷板距離有直接關系，距離越近，溫度越低，反之則溫度越高。對比電池組中心最高溫與冷卻液入口最低溫，二者差值達27.7K，結果說明液冷板的確起到了一定的降溫效果，但是只是局部有效，電池組中心溫度未能夠較好降溫。

對流體流場進行分析發(fā)現(xiàn)，流體中心速度最大，越接近流道壁面其流速越低，其主要原因是因為流體與流道壁面接觸會受到較大阻力，影響其速度，即在對流換熱時，流體與壁面固體的接觸會形成薄薄的靜止流體

。

綜上所述，電池組液冷散熱系統(tǒng)模式雖然具備一定的散熱效果，但是整體來看，由于電池組中心出溫度依然處于較高水平，因此還有必要對其進行優(yōu)化。

3.5 電池組散熱系統(tǒng)優(yōu)化措施

首先，關于電池組散熱結構的優(yōu)化。通過改變電池組排列方式，使電池組中心位置近距離接觸液冷板，以達到良好的降溫效果。

其次，液冷板結構設計優(yōu)化。通過考慮電池組溫度均勻性，可以對液冷板采用對稱結構設計，利用兩塊相同的液冷板，設置在電池組上下面。

最后，液冷板流道結構優(yōu)化。在設計之初，流道設置為5mm，管徑相對較小，對其進行優(yōu)化，改為8mm，再次進行仿真發(fā)現(xiàn)此時電池組整體溫度呈現(xiàn)出大幅下降，最大溫差為5.1k，十分接近設計要求，因此，后期設置流道管徑為8mm。

4 結語

綜上所述，隨著純電動汽車的發(fā)展與普及，人們對動力電池要求也提出了更高的要求。由于動力電池工作與溫度有著直接關系，因此，通過對電池組溫度影響因素進行分析，并進行散熱結構的設計及優(yōu)化，增強電池組散熱效果，推動我國純電動汽車的進一步發(fā)展。

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