汽车动力电池组热特性及散热结构优化研究双向触发二极管
摘要：随着绿低碳化发展被重视，新能源技术的不断开发，电动汽车逐渐成为交通工具的主流趋势之一。锂离子电池作为电动汽车的主要动力源，具有工作电压高、体积小、能量高、无记忆效应、循环寿命长等优点，已经成为了目前电动汽车中使用最广泛的电池之一；而电池工作温度极大的影响着锂离子电池自放电能力与循环寿命，从而严重影响电动汽车的安全性、行驶里程、使用性能和寿命。基于此，对汽车动力电池组热特性及散热结构优化进行研究，以供参考。
关键词：汽车；动力电池组；热特性；散热结构优化智慧农业控制系统
引言
随着能源危机和生态环境的恶化，纯电动汽车得到快速发展，在纯电动汽车中，锂电池是重要的动力装置，其优点在于环保性强、可循环充电，具有广阔的发展前景。但是纯电动汽车能源供给依赖于锂电池，但是锂电池工作对于温度要求较高，一旦电池温差超过范围值很容易出现热失控问题，甚至引起电池爆炸等安全事故。因此，对纯电动汽车动力电池组热特性及散热结构优化研究具有重要的意义。
手动注油器
光学检测技术1.1风冷散热
动力电池风冷系统结构简单、成本低廉，但随着电池热负荷增大，风冷已无法满足动力电池散热需求，而热管耦合风冷能够改善风冷工况下散热不足的问题。下面将从自然风冷与强制风冷２个方面归纳热管的强化效果。基于自然风冷的优越性能，利用ＣＨＰ可将电池温度控制在４５℃以下，温差控制在２℃以内，且随着环境温度升高，散热结构的优势会更加明显。利用扁平热管⁃铝板嵌合式动力电池模组散热结构，发现增加铝板厚度和热管数量都能降低模组的最高温度。此外，ＭＧＦＨＰ散热系统与自然风冷耦合也被证明能够对动力电池达到一定的散热效果，且空气与热管的对流换热系数对电池散热也有重要影响。由于强制风冷的冷却介质仍为空气，且其存在额外能耗，采用平板热管与风冷耦合，发现热管耦合强制风冷效果更优，但存在随着风速的增加，电池降温幅度逐渐减小的情况。因此，需要通过优化热管设计来进一步提高散热效果。
对接焊缝
1.2热管强化液冷散热
箱型钢
简单结构热管对动力电池散热有限，所以需要从优化热管设计与布置方面强化电池的散热效果；通过探究ＣＨＰ对圆柱形电池散热，发现热管高度对电池模块的最高温度和温差影响最大，电池与热管的周长角度影响次之，电池间距和热管厚度的影响最小。根据冷却剂与热管冷凝段的接触方式，可分为直接液冷和间接液冷。冷却剂流量、温度和环境温度对电池热管理系统的热性能有很大影响，使用ＣＨＰ对其进行研究，发现当环境温度低于３５℃时，系统的热性能随冷却液温度的降低不断增强，但是当环境温度低于２５℃时，此时增强效果不再明显。
1.3热管强化相变材料散热
相变材料（ＰＣＭ）通过显热或潜热吸收或储存电池的产热，再通过热管带出，能有效降低热量积聚；因此可通过选择合适的热管以应对多样化的散热系统。当改进热管不能继续强化散热时，则需要强制风冷或液冷的辅助来进一步强化散热。在热管耦合ＰＣＭ冷却的研究初期，采用自然风冷辅助散热。证实了ＰＣＭ辅加ＣＨＰ之后的散热效果明显优于风冷和只有ＣＨＰ２种系统。由于ＰＣＭ的导热系数低，基于ＣＨＰ提出４种耦合方案，发现与只用热管相比，热管／翅片、热管／铜网和热管／翅片／铜网组合的熔化和凝固总时
间分别减少了82.70％、89.03％和93.34％。当自然风冷满足不了散热要求时，优化翅片以及采用强制风冷都会强化动力电池散热，且通过调整ＰＣＭ能降低风扇功耗，但随着风速的提高，降温效果增幅逐渐减小。液冷辅助散热：液冷辅助热管耦合ＰＣＭ冷却系统能够保证电池在热负荷较大时安全、高效地运行。使用ＭＧＦＨＰ研究了纯相变材料、风冷辅助热管耦合相变材料冷却、液冷辅助热管耦合相变材料冷却（ＰＣＭ／ＨＰ⁃Ｌｉｑｕｉｄ）３种散热方式，发现ＰＣＭ／ＨＰ⁃Ｌｉｑｕｉｄ的温度差比其他２个模块低近３℃。
2锂离子动力电池组散热结构优化
2.1电池组散热结构优化
常见用于热交换的冷却方法包括风和液体冷却。虽然液体导热系数较低，但考虑电池组中温度变化与控制与性能，液体冷却的最佳散热效果是可取的。液体冷却冷却系统不仅提供更好的冷却效果，而且成本更低，并普遍用于纯电动汽车散热系统。液体冷却设备采用直接和间接接触式冷却，由于直接接触冷却液的需求很高，且对蓄电池的要求很高，因此不易实现。间接液体冷却的工作方式是通过通道将电池产生的热量连接到电池。电池的热设计需要考虑多种因素，例如确保冷却板和电池有足够的热量和冷却能力，液体冷却成本等。
2.2电池组液冷散热系统仿真
通过模拟液体冷却电池的冷却系统，您可以看到电池组温度的分布情况如下:电池的分布直接取决于距离液体冷却板越近，温度越低，反之亦然。电池中心的最大热量与冷却液体的最小输入温度相差27.7k，表明液体冷却板温度下降，只能在本地工作，不能优化电池中心的温度。分析发现，流体中心的速度最高，通道壁附近的流速较低，因为流体与通道壁的接触受到更大的阻碍，并且速度受到影响，即热交换时流体与壁体的接触导致流薄、静态。电池的液体冷却系统模式具有一定的热效果，但总的来说，由于电池中心的温度仍然很高，因此需要进行优化。
3动力电池的发展趋势
储能电池作为电动汽车的核心，散热问题是电池热管理系统的关键技术之一。基于电池散热的研究现状和研究趋势，未来的热管理系统可从以下方面展开。(1)风冷方式的散热结构简单，设计轻巧便捷，但冷却效率较低，很多情况不适于电动汽车的电池散热。气流通道和电池排布的优化是未来的研究方向。(2)相比于风冷，液冷具有更高的散热效率，能使电
池组温度保持在正常温度范围内，且使单体电池呈现出更好的温度均匀性。由于需要额外的冷却剂循环器件，增加了电路的复杂性、整车的重量与能耗，且有漏液的风险。通道形状和数量优化是重点研究方向。纳米流体作为冷却剂的性能还需进一步研究。(3)热管作为一种导热工具，具有更高的导热率，但由于蒸发器和冷凝器部分的接触面积小和体积较大等原因，在实际应用中难以集成。额外能源消耗的削减和系统结构的简化是未来的发展趋势。(4)大多数的PCM导热系数较低，直接影响到电池的散热效率。因此寻高导热率的PCM一直是研究重点。如果在连续的高倍率充放电循环中仅使用PCM来控制电池温度，可能无法达到理想的效果。因此，需要额外的冷却系统来进行辅助，以协助散热。PCM与其他冷却系统的结合是电池热管理系统的发展趋势之一。
结束语
在绿发展理念引领我国经济社会发展新常态下，爆发式增长的新能源车市面临的基本挑战是到一种合适的能够支持高里程、快速充电和安全运行的储能设备。动力电池因其高能量密度、高充电倍率和超长寿命迅速脱颖而出，但其在高倍率充放电时内部会大量产热，导致动力电池不能在最佳温度范围内（２５—４５℃）工作。因此，构建合理有效的电池热管理系统，快速均匀疏散电池充放电过程释放出的热量，是非常重要的。
参考文献
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[2]吕兰.基于变截面流道的动力电池组液冷系统设计及优化[D].湖南大学,2020.
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[4]皇献清.电动汽车锂动力电池组液气复合冷却结构设计与散热分析[D].重庆交通大学,2018.
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