电动汽车动力电池组热管理系统研究

电动汽车动力电池组热管理系统研究

摘 要：相比较传统燃油汽车，电动汽车具有更加高效、更加清洁的优点。电动汽车工作性能的好坏很大程度上取决于电池的工作性能。温度作为影响电池工作性能的重要因素，对电动汽车的使用性和安全性有着非常大的影响。在简要归纳动力电池组热管理必要性和系统功能的前提下，从电池最优工作温度范围、热场计算、温度传感器布置、风机功率选择和电池包设计等几个方面介绍了动力电池组热管理系统的设计要点，并对不同冷却方式进行对比分析，为后续研究提供参考。

关键词：电动汽车 电池 温度 热管理

中图分类号：TM91 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（a）-0178-03

Research On Electric Vehicle Battery Thermal Management System

Yang Guosheng

（Shaoxing Traffic Police Detachment，Shaoxing Zhejiang，312000，China）

Abstract：Compared with the traditional fuel vehicle，electric vehicle had advantages on more effective and more

clear.The electric vehicle's performance was mostly decided by battery's performance.As the main influence factor of battery's performance，battery temperature had significant effect on electric vehicle's usability and safety.On the basis of briefly summarizing the necessity and function of power battery thermal management system，this paper introduced the key design points of battery thermal management system from optimum operating temperature range，heat field calculation，temperature sensor decorate，fan power selection and battery pack design.Then analyzed different cooling systems，provided a reference for further research.

Key Word：Electric vehicle；Battery；Temperature；Thermal management

电动汽车较传统燃油汽车更加清洁、高效。电动汽车工作性能很大程度上取决于电池的工作性能。电池在工作过程中，由于内部的电化学反应和焦耳效应产生热量，使得电池内部的温度不断发生变化。而在结构上，电动汽车用动力电池是成组安放在电池包中的，受制于电池包的结构和安装位置，电池组自身辐射散热困难，单体电池间温度不均衡严重。同时，外界气温的变化也会直接引起电池温度的变化。因此，电动汽车动力电池温度是一个时变系统。一般情况下，温度对电池的影响主要表现在以下几个方面：（1）内阻、开路电

压、SOC；（2）充放电效率；（3）可靠性；（4）使用寿命。可见，电池温度对电动汽车的使用性能、可靠性和使用寿命有很大影响。总之，电池温度受自身和外界等多方面的影响，会影响电动汽车的正常工作。在电动汽车设计阶段，我们需要考虑对动力电池组进行合理的热管理，使电池工作在合适的温度，从而保证电动汽车的合理运行。 1 电动汽车电池组热管理系统 1.1 电池组热管理的必要性

电池作为电动汽车的主要能量存储单元，其性能直接影响到电动汽车整车性能。对电动汽车电池组进行热管理是必要的，原因在于：（1）电池组长时间工作在较恶劣的热环境下，将降低电池放电容量、缩短电池使用寿命；（2）电池包内温度场的不均匀分布将加剧各电池模块、单体电池性能之间的不一致性；（3）电池组的热监控和热管理对整车安全运行具有重要意义。

1.2 电池组热管理系统的功能

电池组热管理系统是用来确保电池组工作在适宜温度范围的整套系统，包括电池箱、传热介质、监测控制设备等部件。

电池组热管理系统有如下几项主要功能[1]：（1）保证电池包内温度均衡，避免电池间的不一致而降低性能；（2）电池组温度过高时的有效散热和通风；（3）电池组温度过低时

的快速加热和保温；（4）有害气体产生时的有效通风；（5）消除因热失控造成的电池失效或爆炸危险。 2 电池热管理系统的设计要点 2.1 确定电池最优工作温度范围

在不同的气候条件、不同的车辆运行工况下，电池的温度会出现很大差异。对电池组进行热管理的最终目的就是为了使电池工作在最优的温度范围，因此在进行电池热管理系统设计时首先需明确电池最优工作温度范围。

了解电池的温度特性是确定最优工作范围的先决条件。电池的温度特性是指电池工作在不同温度下，其内阻、开路电压、SOC、充放电效率的表现情况[2]。电池的温度特性可以通过实验和仿真两种方法获得，如果采用实验测量的方法来确定电池的温度特性，结果精确，反应电池的真实特性，但工作量大，耗时长；如果利用如ADVISOR等软件仿真，时间短，一定程度上能够反应电池的温度特性。某型60AH镍氢电池在不同温度下的充放电效率如图1所示，我们可以发现在温度高于40 ℃或低于0 ℃的情况下，充放电效率显著下降，因此我们应该至少维持电池的工作温度范围在0～40 ℃之间，同时综合温度对内阻、开路电压、SOC的影响来确定最优工作范围。一般而言，电池最优工作范围大致在25 °～40 ℃。 2.2 电池热场计算及温度预测

电池不是热的良导体，仅通过温度传感器测量电池表面

温度分布不能充分说明电池内部的热状态。通过数学模型计算电池内部的温度场，可以预测电池内部的热行为，对于设计电池组热管理系统是必备的环节。

锂离子电池的内部温度场计算可以利用式（1）所示的三维数学模型： （1）

式中为温度；为平均密度；为电池比热；、、分别为电池在、、三个方向上的热导率；q为单位体积生热速率。通过选择专门的量热计可以得到电池的生热速率，而利用有限元的方法可以得出电池在不同方向的热导率。 2.3 传热介质的选择

电池热管理系统通常采用的传热介质包括空气、液体以及相变材料等。

空气冷却是最简单方式，只需让空气流过电池表面。空气冷却方式的优点在于[3]：（1）结构简单，重量相对较小；（2）没有发生漏液的可能；（3）有害气体产生时能有效通风；（4）成本较低。缺点在于其与电池壁面之间换热系数低，冷却、加热速度慢。

液体冷却分为直接接触和非直接接触两种方式。矿物油可作为直接接触传热介质，水或者防冻液可作为典型的非直接接触传热介质。液体冷却必须通过水套等换热设施才能对电池进行冷却，这在一定程度上降低了换热效率。液冷方式

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/yljd.html