0 引言

近年來，我國交通事業(yè)快速發(fā)展，隨著國家《交通強國規(guī)劃綱要》的出臺，對交通運輸工程領(lǐng)域起到了重要的引領(lǐng)和帶動作用。隨著傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車對環(huán)境污染的不斷加劇，作為一種新型載運工具的電動汽車越來越受到人們的重視，動力電池作為電動汽車核心部件，在為整車提供能源的同時，其性能的優(yōu)劣與穩(wěn)定性直接影響到電動汽車的運行表現(xiàn)。

動力電池作為電動汽車的能量來源，其工作性能受環(huán)境溫度的影響較大，是電動汽車整體性能關(guān)鍵的一環(huán)，其性能的優(yōu)劣將直接影響到電動汽車的續(xù)航里程、壽命和安全性。動力電池的溫度對于其放電性能的影響很大，當動力電池溫度的溫度較高時，會破壞電池的化學(xué)平衡，而當電池溫度較低時，其反應(yīng)速度就會變慢，當溫度極低(寒區(qū))時，又會造成電池永久損傷

。因此，動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的研究，對于動力電池保持良好性能，以及電動汽車的正常運行具有重要的意義。

電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)主要分為電池散熱系統(tǒng)和電池預(yù)熱系統(tǒng)兩類?，F(xiàn)階段對動力電池散熱研究按照傳熱介質(zhì)的不同可分為空氣散熱、液冷散熱和相變材料散熱三種方式

。空氣散熱是利用空氣作為傳熱介質(zhì)對電池組進行散熱，是目前應(yīng)用范圍最廣的散熱方式。胡偉欽

提出了一種可以有效控制動力電池工作溫度的熱管理方案。根據(jù)外界環(huán)境溫度，采用空調(diào)制冷系統(tǒng)對導(dǎo)熱介質(zhì)強制制冷，或采用PTC作為加熱模塊，強制對導(dǎo)熱介質(zhì)進行加熱，通過管路的熱交換確保電池箱處于最佳的工作溫度。曾祥兵

等基于理論分析和數(shù)值模擬的方法設(shè)計了一種新型冷熱集成系統(tǒng)。汪鵬偉

和勞永春

分別針對強制風(fēng)冷式和液冷式鋰離子電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計，兩種形式的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)均對電池的散熱、預(yù)熱起到了一定的作用。

上述對動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計通?？紤]了高溫散熱、低溫預(yù)熱等情況，但對低溫環(huán)境下動力電池保溫的情況很少考慮，尤其對于寒區(qū)環(huán)境下，對電池的保溫不僅可以對電動汽車的低溫冷啟動起到積極作用，還對于節(jié)約能源、延長動力電池壽命都具有重要意義。對此，本文設(shè)計一種適用于寒區(qū)的電動汽車動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)保溫裝置，并對于電動汽車的所處的不同工況，制定了電動汽車熱管理系統(tǒng)保溫裝置的控制策略。

1 電動汽車動力電池工作性能分析

作為電動汽車核心部件，動力電池在為整車提供能源的同時，其性能的優(yōu)劣與穩(wěn)定性直接影響到電動汽車的運行表現(xiàn)。

由圖2動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)工作原理圖可知，動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制單元實時接收電池溫度傳感器、電池外部環(huán)境溫度傳感器采集的信息，根據(jù)動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的控制策略，通過計算分析來控制風(fēng)扇、加熱電阻絲、電池保溫箱百葉窗等執(zhí)行機構(gòu)的工作狀態(tài)，進而實現(xiàn)動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的散熱、預(yù)熱和保溫的功能。

綜上所述，動力電池的高效安全運行，需要從控制電池溫度和均衡電池組溫度分布兩部分入手，當前普遍要求動力電池1

放電工況下溫升<8℃，單體之間的溫差<5℃，以保證電池組的最佳工作性能。

張滿春幾乎是空手套白狼就把沈老七的那方養(yǎng)人的河沙田盤到了手。從那時起，他一方面要盡心盡職地為和祥軒打理生意，另外他還要抽出一些精力料理那方田產(chǎn)。他靠了在商號里的方便，居然把那方河沙田統(tǒng)統(tǒng)改成了桑園。那些年繭花也好，價格也還適中，張滿春年年都有大的進項。

(1)溫度過高，電化學(xué)反應(yīng)速率加快甚至?xí)?dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)過程異常，引發(fā)的電池結(jié)構(gòu)上的不可逆損傷會加劇電池容量和功率衰退；當電池溫度升高到突破一定的閾值后，電池?zé)崾Э氐陌l(fā)生幾率也會變高。(2)溫度過低(如<0℃)，電池的剩余可用功率會明顯下降，電池容量和充電能力也會不可避免地流失，強行充電可能造成析鋰，穿透

膜繼而誘發(fā)嚴重短路事故。一般來說，目前鋰離子電池最佳的工作溫度范圍是25℃～40℃左右。(3)電池組中的溫度不均勻性也是值得關(guān)注的問題，其引發(fā)的放電不均和老化過程不均最終會加劇電池組內(nèi)單體的不一致性，其中電池組中狀態(tài)最差的那一部分電池會成為整個系統(tǒng)的短板，這種狀態(tài)上的差距會導(dǎo)致整個鋰離子電池組壽命縮短，提前失效。

通過分析電動汽車動力電池工作性能隨溫度變化的機理，為加強對動力電池停止工作前本身具有熱量的充分利用，設(shè)計一種集散熱、預(yù)熱和保溫功能于一體的動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)“百葉窗式”保溫箱，該系統(tǒng)在低溫環(huán)境下具有一定的保溫功能，動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)保溫箱的百葉窗，根據(jù)動力電池工作狀態(tài)由動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制其開啟或者關(guān)閉。動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)百葉窗式保溫箱模型如圖1所示。

由圖3 所示的動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制策略，根據(jù)電動汽車所處的狀態(tài)及動力電池的溫度進行判斷：

中午時分，阿東擔心阿里，便蹬著車專程回家一趟。到家時，老巴和阿里正在店里吃盒飯。阿里見阿東，扯著他的手臂，指著老巴的腿說：“爸爸流血?！?/p>

為解決上述問題，提升熱管理系統(tǒng)的實際應(yīng)用效果，需設(shè)計一種用于寒區(qū)電動汽車鋰離子電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)散熱保溫裝置。

2 動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)保溫箱設(shè)計

2.1 動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)保溫箱模型構(gòu)建

取新制備的樣品用相應(yīng)pH的蒸餾水稀釋10倍后，用Zetasizer Nano-ZS納米粒度儀測定其粒徑分布，動態(tài)光散射角度固定為90°，樣品折射率為1.51。記錄液滴的平均粒徑和分散系數(shù)(PDI)。

2.2 動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)工作原理

動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)采用電阻絲+風(fēng)扇加熱、風(fēng)扇散熱、保溫箱保溫的動力電池?zé)峁芾砉ぷ髂Ｊ?。當動力電池需要低溫預(yù)熱時，開啟電阻絲+風(fēng)扇加熱模式，百葉窗關(guān)閉；當動力電池需要散熱時，電阻絲停止加熱模式，風(fēng)扇開啟，并且百葉窗打開；當動力電池需要保溫時，電阻絲停止加熱模式，風(fēng)扇關(guān)閉，百葉窗關(guān)閉。所設(shè)計的動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)“百葉窗式”電池保溫箱工作原理如圖2所示。

溫度是電池的關(guān)鍵參數(shù)之一，直接影響電池的化學(xué)反應(yīng)過程，同時電池溫升和溫度分布會影響電池的安全性以及循環(huán)壽命等。動力電池內(nèi)部在進行復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)的同時必然伴隨著產(chǎn)熱以及傳熱過程，產(chǎn)熱使電池整體溫度升高，傳熱則重新分配電池內(nèi)部的溫度分布，這些最終都會影響在理論上有最適溫度范圍的電化學(xué)反應(yīng)過程。因此，溫度對動力電池的電化學(xué)系統(tǒng)運行、充放電效率、功率、容量、可靠性、安全性和壽命等性能均有密切影響。表1展示了不同溫度區(qū)間內(nèi)電池的狀態(tài)。

3 動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制策略

動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制策略對于動力電池工作溫度的有效調(diào)節(jié)具有重要作用，如設(shè)計的不合理，將會將導(dǎo)致電池組局部溫度過高，降低電池充放電循環(huán)效率，影響電池的功率和能量發(fā)揮

。

既然每天基本只拍一張照片，不如嘗試拍攝更有力的作品，既能向觀眾透露整體敘事的一些信息，又能獨立存在，這會是一項有趣的挑戰(zhàn)。在365天的項目中給自己設(shè)定敘事以外的挑戰(zhàn)，既能給予你更多思考空間，也能給你更多動力，促使你完成項目。

根據(jù)動力鋰離子電池的低溫特性及電動汽車實際工況運行中的特點，建立應(yīng)用于低溫環(huán)境下的動力鋰離子電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制策略?？刂撇呗钥紤]動力電池溫度(T)、動力電池外部環(huán)境溫度(T電外)等因素，通過動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制單元對加熱電阻絲、風(fēng)扇、電池保溫箱百葉窗等執(zhí)行機構(gòu)進行控制，使得電池保溫箱運行在合理溫度區(qū)間，以延長電池壽命和電動汽車的續(xù)駛里程。

記得上四年級的時候，爸媽嫌我精力太旺盛，就給我報了個國標舞班。剛學(xué)的時候每天練功，兩條腿上各放2公斤的啞鈴或者磚頭，一開始還能拼命撐，撐個半小時已經(jīng)是極限了，就開始慢慢往下滑，直到腿酸得嗷嗷直叫，一屁股坐地上。

根據(jù)表1中溫度對液態(tài)鋰離子電池性能的影響情況，所設(shè)計的動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)保溫箱特點和工作原理，以及電動汽車所處的狀態(tài)，制定電動汽車動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制策略如圖3所示。

基于以電池?zé)崮Ｐ蜑楹诵牡碾姵貑误w熱特性的研究，動力電池組熱管理可以通過設(shè)計先進的熱管理結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的策略，在系統(tǒng)層面上調(diào)控不同區(qū)域內(nèi)的電池溫度差，保證整個電池組處于適合的工作區(qū)間，從而提高電池的使用性能。

幾年前，第一次與同伴途徑郭村時，目光就被這山上的古木拴住。我認得其中的一些，銀杏、楓香、槭樹、無患子、烏桕、水杉、黃檫，每一株都是一個巨人，身著華服，懷抱焰火，任其長久的燃燒，寂靜又熱烈，將村莊的馬頭墻和天空燒灼得如同紅海。

(1)當電動汽車處于低溫啟動狀態(tài)時，根據(jù)電池溫度傳感器判斷電池溫度(T)是否超過0℃，當T<0℃時，電阻絲通電加熱、風(fēng)扇工作、百葉窗關(guān)閉，以便對動力電池盡快預(yù)熱；當T≥0℃時，同時判斷動力電池溫度是否大于動力電池最低適宜工作溫度(T

)，當T≥T

時，開啟動力電池保溫箱百葉窗，電阻絲斷電、風(fēng)扇不工作，否則當T

時，關(guān)閉動力電池保溫箱百葉窗、電阻絲通電、風(fēng)扇工作。

(2)當電動汽車處于運行狀態(tài)時，根據(jù)電池溫度傳感器判斷電池溫度(T)是否超過動力電池最高適宜工作溫度(T

)，當T≥T

時，電阻絲斷電、風(fēng)扇工作、開啟動力電池保溫箱百葉窗；否則當T

時，電阻絲斷電、風(fēng)扇不工作、開啟動力電池保溫箱百葉窗。

(3)當電動汽車處于停車狀態(tài)時，根據(jù)電池溫度傳感器判斷電池溫度(T)是否超過動力電池最高適宜工作溫度(T

)，當T≥T

時，電阻絲斷電、風(fēng)扇不工作、開啟動力電池保溫箱百葉窗；否則當T

時，電阻絲斷電、風(fēng)扇不工作、關(guān)閉動力電池保溫箱百葉窗。

上述針對電動汽車所處的不同狀態(tài)下，電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制單元根據(jù)動力電池本體及外部環(huán)境溫度變化情況，對風(fēng)扇、加熱電阻絲及保溫箱百葉窗分別進行控制其開啟和關(guān)閉狀態(tài)，對于動力電池保持良好的工作性能，以及延長其使用壽命具有重要作用。

4 結(jié)論

對于寒區(qū)電動汽車動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)能量利用效率不高的問題，設(shè)計一種適合于低溫環(huán)境下運行的動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)“百葉窗式”電池保溫箱，結(jié)合動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)工作原理，對此系統(tǒng)設(shè)計一種有效實現(xiàn)集散熱-預(yù)熱-保溫于一體的動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制策略，為寒區(qū)電動汽車動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)高效節(jié)能的運行、延長動力電池使用壽命，以及加快電動汽車在寒區(qū)推廣具有重要意義。

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