共頁第14頁鋰離子電池散熱管理研究的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1.1背景及研究意義各種能源行業(yè)的不斷生產(chǎn)和發(fā)展使得人民的日常生活對(duì)各種自然界再生能源的開發(fā)需求都在變的越來越大,尤其的就是對(duì)各種煤礦、石油,天然氣等各種不可靠性再生資源的開發(fā)需要在不斷的增加,這些都會(huì)直接加劇未來人們對(duì)各種不可靠性再生資源的過度開采,并且直接造成了各種不再生資源的過度開發(fā)，使產(chǎn)量與市場(chǎng)需求失去平衡的發(fā)展趨勢(shì)越來越明顯,然而由于石油能源是目前世界傳統(tǒng)電動(dòng)燃油車最主要的混合動(dòng)力再生能源,由于目前全球電動(dòng)汽車燃油擁有量巨大而且還在不斷提升,如此一來就有可能會(huì)隨時(shí)爆發(fā)出一個(gè)全世界乃至全球范圍內(nèi)的重大能源危機(jī),以代步電動(dòng)汽車產(chǎn)品為主要代表的各種新能源汽車將逐漸發(fā)展成為目前汽車工業(yè)主要生產(chǎn)與推廣使用的新能源商品,而鋰離子動(dòng)力電池以其優(yōu)良的充電性能和價(jià)格優(yōu)勢(shì)正逐漸成為目前新能源代步汽車的一種主流充電動(dòng)力源[12]。與目前傳統(tǒng)的純?nèi)加蛣?dòng)力汽車車型相比,電動(dòng)汽車最突出的主要優(yōu)點(diǎn)之一是大氣環(huán)境污染小。純電動(dòng)汽車在使用它的過程中不會(huì)因此產(chǎn)生任何廢氣。像天然水能、太陽能、風(fēng)能、潮汐再生能、核能都同樣可以高效地將其轉(zhuǎn)化而成為清潔的電能,電動(dòng)汽車一般在夜間進(jìn)行充電,避開了在白天的汽車用電排放高峰,所以夜間充電可以進(jìn)一步有效減少清潔能源電能的使用浪費(fèi)[3]。如今處在城市中心的汽車交通噪聲已經(jīng)發(fā)展成為一種影響比較嚴(yán)重的交通噪聲污染,噪音污染必定會(huì)嚴(yán)重影響廣大人們的生活休息和日常工作效率,因此如何減少汽車噪聲污染無疑是對(duì)今后發(fā)展汽車噪聲設(shè)計(jì)以及制造加工行業(yè)的重大技術(shù)考驗(yàn)。行駛道路過程中主要道路噪聲污染的來源是電動(dòng)汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)生的震動(dòng)噪音,與目前傳統(tǒng)的純?nèi)加碗妱?dòng)汽車車型相比,純電動(dòng)汽車燃油發(fā)動(dòng)機(jī),在日常行駛中和運(yùn)行中基本上都是安靜的,在這兩個(gè)方面它具有絕對(duì)的性能優(yōu)勢(shì),特別是它適合在那些需要有效減少道路噪聲污染的大型城市道路寧?kù)o行駛。當(dāng)在進(jìn)行電動(dòng)汽車進(jìn)行減速制動(dòng)停車時(shí),通過驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)空轉(zhuǎn)可以將電動(dòng)車輛的一部份動(dòng)能重新轉(zhuǎn)變?yōu)槭Ｓ嚯娔?并將停車產(chǎn)生的剩余電能重新收集貯存存放在蓄電池或其他儲(chǔ)蓄蓄能器中,在進(jìn)行電動(dòng)汽車減速制動(dòng)時(shí)就不必刻意讓原發(fā)電機(jī)繼續(xù)空轉(zhuǎn),可以大大提高對(duì)剩余電能的綜合使用效率,減少車輛對(duì)空氣污染。電動(dòng)汽車主要具有容易手動(dòng)操縱、整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,傳動(dòng)等零部件相對(duì)與其他傳統(tǒng)型內(nèi)燃機(jī)汽車來說數(shù)量較少,不需要內(nèi)燃機(jī)的輔助設(shè)備,比如潤(rùn)滑裝置、尾氣處理裝備和消音裝置等,降低了制造成本,在維修保養(yǎng)時(shí),工作量也會(huì)減少,從而降低維修成本。裝載有

優(yōu)良蓄電池的燃油電動(dòng)汽車,它的連續(xù)使用壽命也比普通燃油電動(dòng)車長(zhǎng)。在特殊使用場(chǎng)合,比如沒有良好通風(fēng)、冬天在低溫差的場(chǎng)所,或者一些高海拔容易缺氧的特殊地方,內(nèi)燃機(jī)車要么不能正常工作,要么行駛效率大大降低,而使用新型鋰電池的純電動(dòng)車則完全可以不受這些影響。盡管動(dòng)力電動(dòng)汽車也具有如此多的技術(shù)優(yōu)點(diǎn),但對(duì)于電動(dòng)汽車的實(shí)際使用安全性能會(huì)因?yàn)閯?dòng)力電池的一些相關(guān)應(yīng)用技術(shù)所嚴(yán)格約束。各國(guó)通過政府對(duì)全球電池制造產(chǎn)業(yè)的大力政策扶持,電池制造技術(shù)已經(jīng)取得了相當(dāng)大的技術(shù)進(jìn)步。以下為鋰離子動(dòng)力電池作為電力汽車電池電源的諸多優(yōu)點(diǎn),以18650電池容量為主舉例,電池容量可以達(dá)到2300mAh每節(jié),使用壽命一般可達(dá)500到1000次小時(shí)左右,能夠輕松實(shí)現(xiàn)快速容量充電、記憶效應(yīng)低等,鋰離子動(dòng)力電池因?yàn)檫@些特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)已發(fā)展成為我國(guó)電動(dòng)汽車電池行業(yè)目前主流的一種動(dòng)力電池的電源[34]。但由于存在溫度差的原因會(huì)對(duì)鋰離子材料電池的使用性能影響比較大,而且在電池進(jìn)行快速充放電時(shí),會(huì)迅速產(chǎn)生大量熱[5]。在電池包密閉的散熱空間里,因?yàn)殡x子電池組間的排列緊密,所以發(fā)熱產(chǎn)生的內(nèi)部熱量很容易迅速積聚,導(dǎo)致電池在這種高溫高濕環(huán)境下容易發(fā)熱造成大量鋰離子動(dòng)力電池的內(nèi)部熱失控,因此對(duì)離子電池組件在采取一些散熱保護(hù)措施時(shí)也是非常必要的。2016年1月,挪威耶爾斯塔發(fā)生了一輛特斯拉models汽車在超級(jí)自動(dòng)充電站汽車進(jìn)行快速自動(dòng)充電時(shí)突然起火的爆炸事件;2015年4月,深圳五洲龍純電動(dòng)汽車大巴在快速充電時(shí)突然起火,2011年4月,杭州示范運(yùn)營(yíng)的出租車起火[6]。由于電池冷卻系統(tǒng)性能的不足,又易直接引發(fā)備用電池各個(gè)模組間同時(shí)出現(xiàn)工作溫差較大的過熱情況,電池一直長(zhǎng)期處于這種高溫工作條件下的更容易導(dǎo)致發(fā)生材質(zhì)老化,在長(zhǎng)時(shí)間的處于高溫條件運(yùn)行將會(huì)嚴(yán)重破壞一個(gè)電池組的熱一致性,導(dǎo)致一個(gè)電池的使用壽命大大縮短,為了大大提高一個(gè)電池的使用安全性,有效率的延長(zhǎng)一個(gè)電池組的使用壽命,必須將一個(gè)電池組內(nèi)各個(gè)電池組的單體以及各個(gè)電池組間的最大工作溫差溫度控制在合適的電池工作溫度范圍內(nèi)。因此,研究各種動(dòng)力電池的連續(xù)生熱特性并幫助設(shè)計(jì)良好的連續(xù)冷卻系統(tǒng)對(duì)于設(shè)計(jì)保證動(dòng)力電動(dòng)汽車安全、可靠和高效的連續(xù)運(yùn)行有著非常重要的研究意義。1.2汽車動(dòng)力電池?zé)峁芾硌芯扛艣r電池?zé)嵝阅芄芾砘A(chǔ)技術(shù)的理論設(shè)計(jì)主要是系統(tǒng)分析與應(yīng)用電池?zé)嵝阅苣Ｐ秃碗姵責(zé)峁芾砟Ｐ?。電池組熱性能分析模型通過數(shù)據(jù)模擬得出汽車用動(dòng)力電池的使用工況及散熱特征,并且以此獲得此汽車電池?zé)嵝阅苣Ｐ偷臄?shù)據(jù)輸入,并根據(jù)分析輸入結(jié)果可以得出汽車用動(dòng)力電池的散熱性能。汽車的電池?zé)峁芾砟Ｐ椭羞€可以通過獲得汽車電池模組的相對(duì)溫度變化及分布特征,通過圖片、表格、數(shù)據(jù)等多種表達(dá)形式來幫助評(píng)估汽車電池?zé)崮Ｐ凸芾硪约跋到y(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法是否合理。在動(dòng)力電池?zé)峁芾砗头抡娣治鎏幚磉^程中,常用各種有限元分析軟件進(jìn)行仿真處理,比如ANSYS、COMSOL等分析軟件,這些分析軟件可以用來進(jìn)行幾何形狀的創(chuàng)建、網(wǎng)格生成、模型邊界條件定義和求解器的選擇,這也是其仿真分析的具體過程。純電動(dòng)汽車電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)技術(shù)是為保證汽車電池的散熱性能、使用壽命和電池安全性的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)[7]。傳統(tǒng)電池?zé)峁芾碇饕绞桨?強(qiáng)制風(fēng)冷,液體冷卻,相變材料冷卻和熱管冷卻等多種物理方式。強(qiáng)制風(fēng)冷就是通過電動(dòng)風(fēng)扇將電池?zé)崃客ㄟ^散熱片或者通風(fēng)管道等多種方式直接或間接帶走,從而可以達(dá)到給車用動(dòng)力電池冷卻降溫的功能;液體冷卻則主要通過液冷板或液冷散熱管接觸換熱的方式將汽車動(dòng)力電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出動(dòng)力電池,冷卻液成分由冷卻水、防凍劑、添加劑三個(gè)大部分進(jìn)行混合一定比例組成,按照其中防凍劑主要成分不同大致可以分為硝酸甘油型、酒精型、乙二醇型等類型的液體冷卻液。相變材料冷卻即利用相變材料的相態(tài)之間的變化產(chǎn)生吸熱現(xiàn)象來降低溫度，即利用相變潛熱對(duì)電池模組進(jìn)行冷卻,相變材料潛熱冷卻的技術(shù)領(lǐng)域是以固液相變材料、固固相變材料、有機(jī)物復(fù)合相變材料作為研究的主要材料。同時(shí)相變散熱材料可以不用在額外位置安裝液體泵或者散熱風(fēng)扇,可以通過散熱片直接進(jìn)行快速散熱,使得散熱控制系統(tǒng)更加簡(jiǎn)潔[8]。動(dòng)力電池溫度過熱會(huì)影響電池的工作效率,電池溫度升高會(huì)使內(nèi)阻升高以及輸出電壓和電流下降,從而使輸出功率下降,會(huì)造成電動(dòng)汽車的動(dòng)力不足;動(dòng)力電池長(zhǎng)時(shí)間在正常工作溫度上工作還會(huì)使電池壽命嚴(yán)重下降,破壞電池的一致性,單體電池結(jié)構(gòu)不一致使得動(dòng)力電池在各個(gè)方向的導(dǎo)熱系數(shù)不相等,工作時(shí)容易導(dǎo)致電池溫度交換不均衡,從而影響電池的使用性能,嚴(yán)重情況還會(huì)使動(dòng)力電池發(fā)生起火和爆炸。1.3電池模組散形式研究現(xiàn)狀1.3.1空氣冷卻式散熱系統(tǒng)研究現(xiàn)狀在主動(dòng)空氣冷卻方面,研究人員就如何進(jìn)行高效風(fēng)冷、明確影響散熱效果的因素展開了研究。串行式送風(fēng)條件下,空氣依次通過各個(gè)電池單體或模組,在流過動(dòng)電池或電池模組過程中空氣被逐漸加熱升溫,故在靠近電池進(jìn)風(fēng)口處區(qū)域的電池或電池模組散熱比出口風(fēng)口處的電池散熱更好,致使兩側(cè)各個(gè)電池的散熱溫度之間有較大的溫度差異;并行送風(fēng)則采用楔形進(jìn)出口使空氣一起流過各電池體,縮小了不同電池體間的溫度差異。通過往復(fù)向電池包內(nèi)部通入低溫空氣,不僅能有效降低電池包電池包內(nèi)電池溫度,而且它還能夠極大地提電池包所有電池的溫度一致性[9]。適量添加一些擾流板也能有效提高其散熱效果。1.3.2液體冷卻式散熱系統(tǒng)研究現(xiàn)狀各項(xiàng)研究表明導(dǎo)熱率高的冷板散熱效果優(yōu)于導(dǎo)熱率低的冷板,當(dāng)液冷管道越大,液冷板的平均溫度就越低,在液冷板出口溫度會(huì)比進(jìn)口更高,有可能使電池溫度不一致,不同進(jìn)出口位置、管道直徑、管間的排布距離和數(shù)量以及流速對(duì)散熱效果也有巨大影響[10]。1.3.3相變冷卻式散熱系統(tǒng)研究現(xiàn)狀相變材料的成分和組成比例對(duì)電池組散熱效果有著顯著的影響,熱管的形狀、布置高度和數(shù)量等也有著不可忽略的影響。采用相變材料散熱冷卻的動(dòng)力電池組其散熱冷卻效果可以同時(shí)達(dá)到最佳工作溫度,惡劣的零下自然溫度條件對(duì)熱管技術(shù)幾乎沒有任何影響,并能立刻進(jìn)入正常工作[11]。 參考文獻(xiàn)[1]彭強(qiáng)電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力電池?zé)嵝?yīng)研究[2]郭立剛鋰離子動(dòng)力電池?zé)岱治黾吧醿?yōu)化[3]JARRETTA,KIMIY.Designoptimizationofelectricvehiclebatterycoolingplatesforthermalperformance[J].JournalofPowerSources,2011,196(23):10359-10368.[4]JEONDH,BAEKSM.Thermalmodelingofcylindricallithiumionbatteryduringdischargecycle[J].EnergyConversionandManagement,2011,52:2973-2981[5]安富強(qiáng)，趙洪量，程志，邱繼一承，周偉男，李平純電動(dòng)車用鋰離子電池發(fā)展現(xiàn)狀與研究進(jìn)展[6]馮旭寧車用鋰離子動(dòng)力電池?zé)崾Э卣T發(fā)與擴(kuò)展機(jī)理[7]劉金周，方海峰，劉萬祥,等，地方新能源汽車政策實(shí)施效果評(píng)價(jià)及調(diào)整建議[J].汽車工業(yè)研[8]Wang

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