動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u1905動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述 1315661空氣冷卻方式 1193112液體冷卻方式 2136493相變材料冷卻方式 34234參考文獻(xiàn) 3動(dòng)力電池作為新能源汽車的核心部件是其動(dòng)力的直接來源。電池在工作過程中會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間的增加而升高電池溫度，并且因?yàn)樗幵谝粋€(gè)狹小的空間中而使得電池難以散熱，導(dǎo)致熱量堆積，如果無法有效的進(jìn)行控制溫度可能會(huì)引起電池起火等安全隱患。AdersonR等[6]通過對(duì)一些汽車上的動(dòng)力電池進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)動(dòng)力電池的壽命會(huì)因?yàn)闇囟冗^高而受到影響。因此對(duì)電池組進(jìn)行有效的散熱是電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的任務(wù)，可以防止產(chǎn)生熱失控事故。動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)有：電池最優(yōu)工作溫度范圍，電池?zé)釄?chǎng)計(jì)算及溫度預(yù)測(cè)，溫度傳感器，傳熱介質(zhì)的選擇，風(fēng)機(jī)功率的選擇和電池包的設(shè)計(jì)[7]。動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的目的就是通過監(jiān)控動(dòng)力電池組的溫度，如果監(jiān)測(cè)到電池組的溫度不在正常工作范圍時(shí)，就及時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行控制，使其保持在合適的工作溫度范圍。目前，根據(jù)不同的傳熱介質(zhì)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)冷卻方式可以分為空氣冷卻、液體冷卻、相變材料冷卻這三大類為主[8]。也可以根據(jù)實(shí)際情況、電池工作狀況、形狀等，在不同情況下靈活的采用多種冷卻方式組合使用的方法[9]。下面以這三種冷卻方式為例，并且對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行概述。1空氣冷卻方式空氣冷卻是將空氣作為介質(zhì)，利用熱對(duì)流的方法來降低電池組的溫度[10]。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)簡(jiǎn)單、成本低，電池質(zhì)量輕且沒有漏液的可能被廣泛的應(yīng)用于電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中?？諝饫鋮s方式主要分為自然對(duì)流冷卻和強(qiáng)制對(duì)流冷卻。自然對(duì)流冷卻方式就是在不使用任何冷卻裝置的情況下，僅僅依靠汽車在行駛過程中自然風(fēng)通過電池的間隙與電池表面相接觸進(jìn)行換熱，來降低電池的溫度。這種散熱方式價(jià)格低且制造簡(jiǎn)單，但它的散熱能力差。強(qiáng)制對(duì)流冷卻方式是通過增加額外的冷卻裝置來進(jìn)行散熱，如風(fēng)扇、氣泵、空調(diào)等輔助裝置，它擁有更好的冷卻效果。在強(qiáng)制對(duì)流冷卻中又可以根據(jù)流道的不同分為串行通風(fēng)和并行通風(fēng)這兩種結(jié)構(gòu)，如圖1-4和圖1-5所示。由串行通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)圖可知，空氣是從電池的一邊入口流入，然后流動(dòng)經(jīng)過電池的內(nèi)部，再從另一邊的出口流出。由于前面流入的空氣吸收了大量的熱量，導(dǎo)致后面電池的熱量無法被大量吸收，從而使得整個(gè)電池組無法均勻散熱，導(dǎo)致電池組溫差不一樣，后面的溫度比前面的高。而并行通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)通過改變流道的設(shè)計(jì)，使空氣從底部流入，上部流出，使得空氣幾乎可以流過所有電池的表面，從而達(dá)到更好的散熱效果。Choi和Kang通過研究不同散熱結(jié)構(gòu)對(duì)電池組的溫度影響，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化流道的尺寸大小、改變氣流流速能夠有效的提升動(dòng)力電池組的散熱效率[11]。肖紅林等通過CFD軟件仿真不同排列方式的圓柱形鋰離子電池受到空氣冷卻的影響，得到圓柱形鋰電池達(dá)到較好的散熱效果是采用并行排列[12]。圖1-4串行通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)圖1-5并行通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)2液體冷卻方式液體冷卻方式相比于空氣冷卻方式可控性更高[13]。它是通過液體與電池之間進(jìn)行熱對(duì)流換熱的方式，從而達(dá)到減少電池組內(nèi)部的熱量、降低溫度的目的。為了達(dá)到更好的換熱效果冷卻液必須要是擁有較高的導(dǎo)熱率和比熱容，且是流動(dòng)性好、絕緣性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的液體，例如水、乙二醇、礦物油等。液體冷卻可以通過冷卻液是否與電池直接接觸分為直接冷卻和間接冷卻這兩種方式。直接冷卻方式就是將電動(dòng)汽車的電池組直接浸沒在絕緣性好且導(dǎo)熱效率高的水或乙二醇等冷卻液體中，通過冷卻液與電池組直接接觸來吸收電池組產(chǎn)生的熱量。此冷卻方式可以讓電池組與冷卻液大面積接觸達(dá)到較高的冷卻效率，但對(duì)冷卻液體要求較高且電池容易發(fā)生短路和化學(xué)腐蝕現(xiàn)象[14]。間接冷卻方式是電池不直接與冷卻液接觸，而是通過在電池組之間安裝冷卻通道或者是在電池組兩邊安裝冷卻板，以此通過對(duì)流傳熱的方式來降低電池組的溫度且解決電池組溫度分布不均的問題。間接冷卻方式是目前電動(dòng)汽車常用的電池?zé)峁芾矸绞?。液體冷卻的優(yōu)點(diǎn)是相比于其他散熱方式具有較高的散熱系數(shù)，還能降低電池組的噪音。但它容易造成液體泄漏，所以對(duì)流道的要求高，需要它擁有較高的密封性，這就使得整個(gè)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且增加了它的重量，從而成本也變得更高。Siruvuri等通過對(duì)鋰離子電池組進(jìn)行熱管理研究，將水作為冷卻液，以兩種流道中以不同的流速對(duì)比得到電池組的溫度場(chǎng)分布，發(fā)現(xiàn)改變其中一個(gè)流道的流向可以使電池組溫度場(chǎng)分布更均勻[15]。Jarrett等設(shè)計(jì)了一款蛇形流道的冷卻板并進(jìn)行仿真，為了提高冷卻板的散熱能力，他們優(yōu)化了流道的長(zhǎng)度、寬度等尺寸[16]。徐曉明等通過對(duì)單流道和雙流道的冷卻能力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)雙流道的冷卻能力更強(qiáng)，并通過改變冷卻液的流量、溫度、流速來提升它的冷卻效果[17]。3相變材料冷卻方式相變材料冷卻的原理是通過相變材料在相變過程中吸收或釋放熱量來對(duì)電池進(jìn)行冷卻或加熱。相變材料使用方便、無毒無害、熱穩(wěn)定性高，并且不需要特定設(shè)備，所以它的成本低、安全系數(shù)高[18]。相變材料可以分為有機(jī)相變材料、無機(jī)相變材料和復(fù)合相變材料三種。石蠟是一種典型的相變材料并且可以運(yùn)用到電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中，但相變材料冷卻方式還處于研發(fā)中，技術(shù)尚未成熟，并沒有大量使用在生產(chǎn)中。Al-Hallaj和Selman得出相變材料可以在電池高溫時(shí)吸收熱量并儲(chǔ)存，在電池低溫時(shí)釋放熱量給電池的結(jié)論[19]。張國(guó)慶等將石蠟和石墨的復(fù)合相變材料運(yùn)用在電池組中，通過合理利用這種復(fù)合相變材料來設(shè)計(jì)鎳氫電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得到相變材料冷卻方式比空氣冷卻方式和液體冷卻方式的散熱性能更加優(yōu)越[20]。綜上所述，隨著科技的發(fā)展與技術(shù)的成熟，不同的冷卻方式都有很大的提升?？諝饫鋮s方式目前比較成熟，由于設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單所以被廣泛的運(yùn)用于電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中。液體冷卻相比于空氣冷卻其形式較為靈活、換熱系數(shù)更高、能提供更佳的冷卻能力。但它密封性能要求高、生產(chǎn)成本高不利于液體流道布置和尺寸的輕量化設(shè)計(jì)。隨著人們對(duì)電池續(xù)航能力、安全性能的重視，更好的冷卻方式還在被人們研究出來，相變材料冷卻方式可以作為未來的發(fā)展方向。參考文獻(xiàn)[1]李曉蘭.我國(guó)原油對(duì)外依存度超過警戒線[J].海洋石油,2010(01):77.[2]崔亞明.我國(guó)新能源汽車現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品,2015(20):33-33.[3]王小峰,于志民.中國(guó)新能源汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].科技導(dǎo)報(bào),2016(17):13-18.[4]DoughtyD,RothEP.AGeneralDiscussionofLi-ionBatterySafety[J].ElectrochemicalSocietyInterface,2012,21(2):37-44.[5]文博杰.基于中國(guó)新能源汽車發(fā)展規(guī)劃的資源環(huán)境效應(yīng)分析[J].中國(guó)礦業(yè),2017,26(10):76-80.[6]AndersonR．RequirementsforImprovedBatteryDesignandPerformance[J]．SAETra-nsactions，1990,99：1190—1197.[7]楊國(guó)勝.電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組熱管理系統(tǒng)研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2015,12(04):178-180.[8]何倩,孫仁云,鄧美俊,潘湘蕓.電動(dòng)汽車動(dòng)力電池?zé)峁芾砑夹g(shù)分析[J].汽車零部件,2021,(05):1-7.[9]KizilelR,LateefA,SabbahR,etal.Passivecontroloftemperatureexcursionanduniformityinhigh-energyLi-ionbatterypacksathighcurrentandambienttemperature[J].JournalofPowerSources,2008,183(1):370-375.[10]吳博.電動(dòng)汽車鋰電池冷卻方式綜述[J].汽車文摘,2020,(11):9-14.[11]ChoiYS,KangDM.Predictionofthermalbehaviorsofanair-cooledlithium-ionbatterysystemforhybridelectricvehicles[J].JournalofPowerSources,2014,270(3):273-281.[12]肖紅林,郭明明,李洪亮.電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組散熱特性數(shù)值模擬研究[J].汽車工程,2012(11):998-1002.[13]唐麗娟,張海建.淺談新能源汽車動(dòng)力電池冷卻技術(shù)[J].越野世界,2021,(12):13-14.[14]洪照迪.動(dòng)力電池模組液冷系統(tǒng)散熱性能分析與優(yōu)化[D].湖南:湖南大學(xué),2021:7-9.[15]SiruvuriS.D.V.S.S.V,BudarapuPR.StudiesonthermalmanagementofLithium-ionbatterypackusingwaterasthecoolingfluid[J].TheJournalofEnergyStora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