新能源汽车动力电池热管理系统研究

新能源汽车动力电池热管理系统研究

葛传勇

豫新汽车热管理科技有限公司  河南 新乡453000

摘要：近年来，新能源汽车逐渐走进了大众的视野，并在满足人们出行需要、保护生态环境、降低污染物排放规模等多个方面发挥了重要作用。作为车辆的动力来源，电池性能的好坏不但关系到整车续驶里程的长短，还关系到产品的安全性和可靠性。基于此，本文对新能源汽车动力电池及热管理系统概述、发展趋势以及新能源汽车动力电池热管理系统的措施进行了分析。

关键词：新能源汽车；动力电池；热管理系统

新能源汽车的动力源为动力电池，在动力电池使用期间，温度上升会使其多种工作特性参数受到负面影响。新能源汽车的整体性能基本是由其内部的动力电池所决定的，而实现动力电池性能的充分发挥，降低电池使用期间温度过高产生的不利影响至关重要，实现这一目标的关键就在于动力电池热管理系统的科学研发。

1 新能源汽车动力电池及热管理系统概述

从当前新能源汽车领域的实际发展状况来看，其正处于行业内颠覆性变革的阶段。a.由于汽车产业正与多种新兴技术之间进行更加深层次的融合，例如移动互联网技术、云计算技术、大数据技术以及人工智能技术等，新能源汽车呈现出共享化、电动化、网联化以及智能化的发展态势，并且能够为社会大众提供移动出行服务。b.当前消费者对于新能源汽车提出了越来越高的消费需求，并且国家补贴政策逐渐退坡，在这种情况下，新能源汽车不得不在产业成本和制造方式等方面进行更加充分的变革，而动力电池则是变革期间的首要任务。

新能源汽车的动力电池在发挥作用时基本原理为：借助动力电池自身的电化学反应，锂离子会在电池的正极与负极之间移动，以此发挥电池的充电与放电功能。在电池进行电化学反应的过程中，会向外界释放出一定的热量，所以会出现温度增加的情况，在这种条件下，动力电池自身将会受到一定的影响，例如电池循环寿命、电池一致性、电池充放电效率、电池可用容量、SOC、电压以及内阻等，情节严重时，还可能导致热失控现象的产生，进而致使电池着火。

动力电池工作温度的变化将对新能源汽车的加速性能、车速峰值以及续驶里程产生一定程度的影响，如果想要使新能源汽车处于较高的行驶速度，动力电池就需要释放出充足的电流作为支撑，倘若此时周边温度条件较低或较高，均会对动力电池的性能产生较大程度的影响，影响其电流释放。由此可见，对于新能源汽车动力电池而言，一个性能良好、效率较高的热管理系统必不可少，该系统能够冷却动力电池系统或者是加热动力电池系统，从而使新能源汽车能够在严寒或酷热的条件下实现顺利行驶。

2 动力电池产业发展趋势分析

目前，全球动力电池产业链向中国转移，中国动力电池制造具备全球优势。尽管我国在电池原材料上的地质储量有限，但受益于全球领先的制造加工优势与前期海外大力度投资，冶炼产能几乎被我国把控，我国锂电池制造能力全球领先。英国电池供应链研究和价格报告机构BenchmarkMineralIntelligence的数据显示，2020年全球锂电池制造产能达747GWh（动力电池+消费电池），中国占比约为76％，先发优势非常明显。近几年，国内电池厂集中度逐步提升，随着头部厂商产能扩张后，规模优势将更加显著。2021年12月，工信部发布《锂离子电池行业规范条件（2021年本）》，要求动力电池电芯能量密度≥180Wh/kg，PACK能量密度≥120Wh/kg，能量密度的严格要求从本质上限制了低效产能的扩产。

3 新能源汽车动力电池热管理系统的措施

3.1 单体电池组维修技术

为了给新能源汽车提供源源不断的动力源，在配备基础动力电池的同时，串联多个单体电池，已经成为较为常见的综合应用手段。在串联的工作模式之下，新能源汽车的动力电池与配套的众多单体电池，是一个强强联合的综合性整体。这就是说，如果电池方面出现任何问题，那么相关维修人员需要在动力电池和单体电池两方面寻找“病因”。在日常的车辆保养中，也需要重点检查单体电池的运行质量和综合成效，这能够在防止单体电池存在有各种隐患问题的前提下，从侧面保障动力电池运行的稳定性。

落实到具体的检修过程中，主要需从两个方面进行：

a.通过电压器对单体电池的电压情况进行检测。

b.对单体电池的电容和电流进行实时监测。对存在质量问题的单体电池及时上报，并做出维修或调换新电池的处理方法。

日常养护和维修环节，对于新能源汽车的使用寿命长短具备重大影响。如果新能源汽车车主能够做到定期到专业的维修场所，对动力电池单体电池的运行状态进行检测和评估，就能够有效避免故障的发生频率，延长动力电池使用寿命，提升新能源汽车的体验感和服务度，实现新能源汽车在汽车市场中的可持续发展。

3.2 构建电池组及冷却结构计算模型

在新能源汽车锂电池的冷却系统之中，热量首先出现于电池的位置，之后能够向冷却扁管位置进行转移，在由扁管中流动的冷却液将热量带走。在对边界条件进行选择以及进行初始化时，冷却液的入口速度即为入口边界条件，冷却液的出口压力则为出口边界条件，流体和固体的耦合界面，属于非滑移移动界面，进行热传递的过程即属于自然对流。基于此，在环境温度处于25℃的状态之下，可以采用要松弛法以及有限体积法对离散模型进行求解。在此过程中，为了保障结果准确，还需要应用二阶迎风格式，并且迭代精度的主要影响因素为相邻两次计算之间的结果差异，若两次计算结果之间不具有差异性，则该算法精度较高，但是在实际开展测试工作的过程中，并不能实现该精度，所以还需以残差值为基础，对算法收敛性进行合理判断，并在允许的范围内尽可能提升计算结果的精确度。

3.3 检测器维修技术

除却单体电池和动力电池控制器，检测器的存在也在新能源汽车动力电池配备组中具备不可低估的作用。检测器起到的是连接性的桥梁作用，其最主要的工作目标就是：将监测到的数据和问题传输至控制器，以便能够根据监测数据，对全车的运行情况做出整体把握，并有效调节和监督电池不同组成部分，提高新能源汽车的整体运行水平以及安全性水平。

检修员在对检测器进行维修和日常养护的工作时，首先需要借助专业工具，对检测器接触口进行严密的检测。这是因为检测器接触口的质量决定着其余其他部件的连接效果。另外，还需要对检测器内部短路情况进行排查，在检测传递线路的同时，对各大接触口进行二次检查，一旦存在隐患，绝对不能马虎，需要立即送检，并积极落实维修措施，以保障检测器运行过程的高质量，以及车主的人身安全。

3.4 锂电池热管理系统设计

对于新能源汽车来说，虽然相对于空气冷却系统，流体冷却结构的形式更加复杂，但是应用效果也更好，所以可以选择在该冷却系统之中附加一加热装置，以避免低温环境下，锂电池的使用性能受到不良影响。在对冷却系统进行应用的过程中，液体材料为其中主要的冷却介质，其与热源进行直接接触或者间接接触，均能够实现一定程度的散热。一般来说，可以选择将电池模块置于绝缘性能良好的液体中促使电池冷却，或是在电池周围放置冷却夹板，但是为了保障安全性，应主要采用放置冷却夹板的形式，针对电池组的顶部放置冷却扁平管，加速电池组在工作过程中的热量流失，也就有利于保障电池组的冷却效果。

4 结束语

作为新能源汽车的根本动力来源，动力电池的质量与汽车整体性能息息相关，因此，探究动力电池热管理系统的优化有着重要意义。本文所研究的新能源汽车动力电池热管理系统是基于当前相关领域已经相对成熟的空调系统技术，对该技术进一步改进之后，所生成的一种可靠性较高、成熟性较高且性能稳定的热管理系统，在多种新能源汽车动力电池热管理系统中均可以实现有效应用。

参考文献：

[1]黄丛林,任智军,樊辉.汽车动力电池产品质量状况分析[J].质量与认证,2022(10):60-61.DOI:10.16691/j.cnki.10-1214/t.2022.10.006.

[2]中国城市报记者 邢灿. 多地加码拥抱“锂”想之城[N]. 中国城市报,2022-10-10(019).

[3]舒俊豪,武小花,杨佳珞,徐鑫.新能源汽车动力电池安全问题分析及改进趋势综述[J/OL].电源学报:1-12[2022-10-17].http://kns.cnki.net/kcms/detail/12.1420.TM.20221008.1243.007.html