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摘要：院电池管理系统是实现汽车和电池有效连接的重要组成系统，对汽车的性能具有直接影响，但由于电池存在散热性能差，受温度影响大的问题，影响了新能源汽车的应用和推广，因此对动力电池的散热性能加强研究，对保障电池的安全性及对动力电池散热管理系统优化具有重要意义。本文通过对动力电池热管理系统的内容、功能和分类进行阐述，并分析了新能源汽车电池散热管理系统存在的问题，最后针对动力电池散热管理系统的优化展开了探讨。
关键词：院新能源汽车；动力电池；散热管理系统；优化设计
0引言
由于传统的燃油汽车环保性能不佳，且石化能源具有不可再生的特点，而为了提升人们的生活水平，保护社会环境，降低环境污染，解决能源紧缺的问题，因此，国家开始大力倡导节能环保，在此时代背景下，新能源汽车成为当下主要的发展趋势，而且新能源汽车液逐渐成为人们出行的主要交通工具。我国开始加大力度对新能源汽车的使用寿命和安全性进行研究，特别是针对动力电池散热管理系统进行了深入研究，以此来保证汽车可以处于正常的运行，并延长电池的使用寿命和增加电池的安全性。
1动力电池热管理系统概述
1.1内容简述
电池管理系统是汽车和动力电池进行有效连接的重要系统，是新能源汽车的关键组成部分，对于新能源汽车的性能具有重要的影响作用。随着使用新能源汽车的人群越来越多，人们对动力电池的使用寿命和安全性能提出了更高的要求，尤其是对电池热管理系统越来越重视。对于新能源汽车而言，电池管理系统发挥着重要的作用，对汽车运行状态下动力系统产生的各种数据都进行有效管理和掌控，通过改进这些数据可以使汽车动力系统得到最大化的利用。为了提升新能源汽车的使用寿命和安全性能，并保证新能源汽车可以实现高效运行，需要对电池管理系统进行设计研究。而动力电池由于内部存在内阻和电气部件阻抗，所以在充放电时，电池就会出现发热的问题，如果这些热量不能及时散发出去，就会缩短电池寿命，甚至会造成热失控，基于此原因，需要给动力电池安装一个热管理系统[1]。设计动力电池热管理系统的目标为：一是要控制不同单体电池的工作温差，二是要控制电池的工作温度。第一个工作目标的设计对电池组具有的一致性的温度具有直接的影响，而第二个目标对电池组的使用寿命和使用性能具有制约作用。
1.2动力电池热管理系统的功能
据相关资料显示，锂离子电池一般情况下可以在25-40摄氏度的温度范围内进行正常工作，此时电池模组中单体之间的温度应该控制在5摄氏度以内。当电池处于最佳的温度范围内时，就可以充分发挥出自身的最大化性能，同时可以有效提升新能源汽车的经济性、动力性和安全性。所以，对于新能源汽车来说，需要安装动力电池热管理系统来控制温度，使动力电池的温度能够保持在正常工作的范围内。此系统具有的功能主要有：一是对电池温度进行控制和调节；二是当电池组的温度超过正常温度范围时，要对其进行调节，释放内部的热量，避免出现热失控问题；三是如果电池组的温度要低于正常工作的温度，就要采用预热措施来帮助电池进行升温，只要保证电池处于最佳的温度状态中，才能提升电池的安全性能，保证充放电的性能；四是对电池模组存在的温度差异进行降低，这样能够避免出现温度过高的现象，对于延长电池使用寿命、实现电池模组之间的温度一致性提供了保证。
1.3分类
新能源汽车根据工作过程中形成的总热量不同以及动力电池类型不同，为了保证电池温度可以控制在合理范围内，因此在设计的时候需要采用不同的材料和相关部件以及冷却方式。由于传热介质不同，电池热管理系统的冷却方式也不同，可以将其分为以下几种类型：第一，风冷类型。这是一种利用空气对流来分散电池组热量的方式，但是这种方式的散热能力有限[2]。风冷散热的类型一般包括强制风冷和自然风冷等类型。如果风冷按照风道进行划分可以分为两种方式，一种是并行通风，一种是串行通风，其基本结构如图1。第二，液冷类型。液冷的工作原理是在液体介质的作用下通过对流换热的方式释放电池热量，降低电池温度。为了能够提升单体一致性、降低电池组的温度，液体介质的冷却速度、热容量、换热系数都要设计更高，这样才能符合冷却的要求；同时，为了保证汽车的空间更大，要缩小热管理系统的体积。相对于空气而言，体积相同和流速相同情况下，液体的冷却效果要比空气要好得多，且液冷系统具有更为灵活的形式，一般情况下有间接式冷却和直接式冷却两种，传统液冷系统结构如图2所示。第三，相变材料冷却类型。此种类型是通过相变材料在相变过程最后产生的恒温特点和相变潜热特性，对电池中产生的热量进行吸收，从而使电池处于最佳的温度区域内，为电池进行正常工作，保证其具有的工作性能提供保证，所以，在以相变材料为基础的动力电池热管理系统在新能源汽车应用中是最有使用价值的电池控温技术。一般情况下，可以将相变材料分为三种类型，一种是复合相变材料，一种是有机相变材料，还有一种是无机相变材料。通常情况下在热管理场合进行应用的相变材料往往需要满足以下条件。淤要保证材料具有较高的热密度，以及较大额度潜热量。于具有较高的导热率和较为迅速的吸热和放热过程。盂具有较强的稳定性能，且具有较大的分解难度，能够和周边材料发生副反应，具有较长的使用周期，且不会影响系统的正常使用。榆价格较低。第四，热管冷却。热管冷却技术主要是应用于军工航天事业，主要是通过管内工质额相变反应来实现传热。可以通过热管将热源的热量迅速散出，其性能大大超出现有常用金属。热管冷却类型具有导热性高、等温性能良好、热流密度与方向可变的特点，而且还可以空气冷却、相变材料冷却或者液体冷却配合使用，但是其制造材料与技术工艺不成熟，热管产品使用寿命不高，没能推广使用。热管机构图如图3所示。
2新能源汽车电池散热管理系统存在的问题
首先，此系统会因为充电过度导致电池产生过多的热量，从而降低电池的循环寿命。新能源汽车之所以能够正常运行，主要是因为电池系统在化学反应作用之下可以形成电能，这些电能可以为汽车提供充足的动力保证其可以正常运行。如果对新能源汽车进行过度的充电，一方面，会使电池在发生化学反应之后降低还原能力，从而减少电池进行循环的次数。同时也会促使电极表面出现半透膜劈裂的问题，最终导致电极液和电极材料接触的时候出现反应，在电极材料中的活性容量不断减少的同时电解液中存在的反应产物就会不断增加。另一方面，因为汽车在充电的过程中会不断提升电池的温度，如果温度持续上升电解液和电极材料就会出现分解现象，热量也会被释放，从而产生热失控现象，最终引起着火现象，甚至会发生电池爆炸的危险情况。其次，由于电池单体的敏感性较差，就会影响电池管理系统的散热性。对于电池管理系统而言，环境温度对使用寿命和综合性能都会产生较大的影响。在温度较低的情况下进行充电的时候，基于电极材料具有的特殊性能极可能出现电池内部极化增大的情况，导致电池不能正常充电；在温度较低的情况下进行放电的时候，电池的性能就会不断的减弱[3]。在温度较高的情况下由于电池内部会产生大量的不可逆副反应，且呈现出不断增加的趋势，就会造成电池容量迅速减弱，导致电池组快速陷入瘫痪状况中，无法进行正常工作，甚至会导致电池内部无法释放热量。
3新能源汽车动力电池散热管理系统的优化设计
3.1设置被动均衡装置，实现散热管理系统的功能
对于新能源汽车来说，其动力电池管理系统是汽车的重要组成部分，而电池模组为汽车提供了运行所需的所有动力，对于汽车的正常运行具有决定性作用。电池模组的主要组成结构包括多个串联的电池单体，在电池管理系统中均衡电路是其中重要的组成部分[4]。设计均衡电路的目的主要是为了防止电池单体之间存在差异性，利用均衡电路可以成功将这些差异性消除，从而使得电池模组可以输出最大化的容量。在电池管理系统中设置的均衡装置主要是在电池模组出现了恶性变化之后，通过采用调节和控制的方法已经无法实现一致性的优化，此时要发挥均衡装置的作用对电池模组实施被动式的均衡，通过这种方式来提升容量的利用率和一致性以及电池电压。但是通过对当前市场上广泛应用的电池组均衡装置进行调查发现，这样的电池一旦处于充电状态下，就会马上产生热量，而且由于热量较多，电阻上的热量不能及时排出，会加重均衡装置内部的热量问题，最终导致均衡效果不够显著。基于以上问题，为了保证新能源汽车动力电池管理系统具有很好的散热效果，往往采用增加隔离式被动均衡装置的方法，对电池模组的电池单体进行设置，在电池单体外部设置对应的终止电压装置，而且这些电压装置都是通过电阻控制以及放电控制电路，与此同时，这些终止电压装置一般都是通过电池模组上的对应电池单体以及人为连接方式来实现连接，最终形成多个放电回路，然后通过这些放电回路实现单独对每个单体电池实施放电功能[5]。当电池管理系统处于运行过程中时，电池模组就会不断放电，继而产生过多的热量，一旦这些热量要比电池单体终止电压承受的热量要多时，单体电池就会停止工作，不再继续放电，这样可以防止因为电阻放出大量的热，而这些热量因为无法散发集聚在电池模组中，从而影响了电池管理系统，产生了严重的问题。通过这种方式不仅可以解决电池产生过多热量的问题，同时还解决了电池管理系统实现均衡一致性的问题。
3.2设置格栅液冷板，实现动力电池散热管理系统的优化
新能源汽车动力电池散热管理系统进行优化的目的就是为更好的实现系统散热，在此过程中可以利用软包锂电池的方式帮助电池模组实现散热功能，但是这种方式的散热效率并不高，而且散热周期还很长。除此之外，在电池模组进行散热的过程中，如果只是凭借电池自身具有的功能来进行散热，那么效率会较低，同时对动力电池系统也会产生很大的影响，大大降低散热效果，而且还会造成动力电池系统对于超宽温域所需的应用要求无法进行满足[6]。为了能够对动力电池散热管理系统进行优化和改进，需要对电池管理系统进行重新设置，通过添加下层格栅液冷板以及上层格栅液冷板的方式，促使锂离子电池系统中能够尽快将内部电池模组的热量散发出去，这样就能够有效解决目前应用技术中由于电池管理系统是采用软包电池来进行散热等方面存在的不足，通过将上下层格栅液冷板分别加入到电池管理系统中的设计方式，帮助电池模组快速的将产生的热量散发出去，特别是能够让电池模组可以在不同的温域环境中进行正常的运行，从而使电池管理系统可以使用超宽温域的工作环境，提升动力电池管理系统的散热功能，实现系统优化[7]。
4结束语
综上所述，新能源汽车因为具有很好的节能环保效果，所以迅速得到了应用和推广。对于新能源汽车而言，电池管理系统是其重要的组成部分，为其正常运行提供了充足的能量，因此其性能是否正常对于新能源汽车的运行来说具有直接影响作用。但是目前新能源汽车动力电池管理系统在应用的过程中还存在一些问题影响了电池的散热功能，导致电池管理系统也散热性较差，为此，需要采取有效的措施对动力电池散热管理系统进行优化，使其可以充分发挥自身的最大化性能，对提升新能源汽车的安全性，以及促进新能源汽车能够得到更好的推广和应用具有重要意义。
作者：董志辉 单位：柳州城市职业学院
