黎朝辉
银隆新能源股份有限公司，广东省珠海市，519000
摘要：随着汽车行业的高速发展，能源消耗和生态环境污染的问题日益严峻，因此纯电动车受到人们的青睐。为提高锂离子电池的使用寿命、保障电池系统的安全性能以及提升电池在系统中性能表现，提出在电池系统端进行有效的热管理设计。基于纯电动汽车电池热管理系统及整车性能需求，进行了电池包散热及加热控制策略设计、电池包冷及加热系统设计和电池包热管理系统总体布局的设计，确保该热管理系统设计可以有效地保障电池系统内部温度的合理分布。
关键词：电动客车；电池；热管理系统
引言
面对环境污染、能源危机的挑战，新能源汽车迎来了重要发展期。发展电动汽车，关键在于动力电池。目前，锂离子动力电池因其具有比能量大、循环寿命长、无记忆效应等优点，已在车用电池领域得到广泛运用。但电动汽车在实际行驶过程中，动力电池会产生较大的热量，如果散热条件恶劣，热量便会迅速堆积，加速电池内部有害化学反应速率，增大电池容量的衰减，严重时甚至导致燃烧、爆炸等安全事故。目前电池热管理系统主要包括采用空气介质、液体介质和采用相变材料介质的热管理系统。随着国家对电池能量密度、安全性、使用寿命以及快充要求的不断提高，采用空气介质的热管理系统已经不能满足当前的热管理需求，采用相变材料介质的热管理系统由于成本过高，结构复杂等原因使用较少，采用液体介质的热管理系统受到越来越多厂商的青睐。国内外针对基于液体介质的电池热管理系统性能进行了大量研究，实验验证了电池组采用基于两进两出流道液冷方式的散热特性，结果表明，冷板液冷方式能很好地满足散热要求。
1电动汽车发展概述
动力电池作为电动汽车最核心部件,一直是新能源汽车产业链中最为重要的一环,而动力电池能量密度的高低,又是决定电动汽车续航里程的关键技术因素。在2018年的国家新版补贴政策中,对新能源汽车的能量密度门槛提高,自2018年6月起,我国的电动汽车行业开始出现下滑迹象,2019年是新能源汽车的寒冬之年,2019年的前三季度,汽车市场整体表现明显下滑,从7月起新能源汽车销量出现四连降的下滑态势。当前,新能源汽车产业正迎来行业内的颠覆性变革,一方面是因为人工智能、大数据、云计算、移动互联网等新兴技术与汽车深度融合,打造电动汽车智能化、网联化、电动化、共享化和移动出行服务;另一方面,国家补贴政策的退坡以及消费者需求的不断提高,倒逼汽车在制造方式、产业成本等方面加快变革,而电池比能量的提升被放在了首要位置,致使有些车企忽视了电动汽车的安全。安全是新能源汽车发展的生命线,也是电动汽车市场竞争中的关键要素,也是最能体现各新能源造车实力核心技术亮点的地方。虽然当前出现了一些有关电动汽车安全方面的问题,但是有关数据表明,新能源汽车出现事故的概率约为0.9/104,而传统燃油车自燃的概率是万分之三,只要把握好高比能量与安全性之间的平衡点,是可以通过一些技术手段来保障电动汽车的安全性的。
2热管理系统设计流程
热管理系统作为电池部分的一个子系统，需要根据整车的使用环境、整车的运行工况和电池单体的温度等设计输入进行需求分析，以确定电池系统对热管理系统的需求。
2.1电池热设计的目标和流程
在电池组热管理系统开发时，要根据电池的最佳工作温度区间，结合电池的电化学特性与产热机理，通过合理的设计以解决电池在高温或低温情况下工作而引起功率不足的问题。电池包的热设计有两个目标：控制电芯的工作温度和控制不同电芯的温度差，前者会严重影响电池的性能和寿命，后者会严重影响电池的短板效应，导致电池一致性变差，要满足该目标，就要考虑确认动力电池系统的冷却、加热设计方案。5℃内比较合理，显然，要把工作温度和温差控制这么严格的范围内，电池包热管理系统的工作范围放宽到10～40℃，把电池包内部温度差控制在3～5℃，这样电池包的性能、寿命、成本之间达到一个比较好的平衡状态，一个典型的电池散热设计流程。
2.2电池热管理系统设计的功能和要求
热管理系统的功能主要包括：单体电芯的温度检测；电池系统内部模组温度过高时，可以进行有效的散热处理；低温条件下电池系统无法进行充电时，需要进行适当的加热处理；确保电池内部的温度分布均匀，减少各个电芯单体之间的温差。
3热管理系统的研究
3.1热管理的方式
从宏观的角度来看，电池热管理是指对电池组内部环境与温度进行控制、调节与有效利用的过程。目的是为了是电池能够在一个极佳的环境下工作，充分发挥电池的效能。同时，也可以提供均衡的工作环境，实现电动客车的高度性价比。对电池进行热管理，就是在温度过高时，进行系统降温；在某些时候对系统进行保温；温度过低时进行加温。在实际热管理的研究过程中，注重对电池热管理系统的材料构成与部件进行设计与选择，要充分明确选择什么样的材料，设计什么样的结构可以有效进行散热与隔热，可以有效降低成本，实现利益最大化。
3.2热管理系统的技术运用
目前，在对热管理系统进行研究的过程中，应用热管作为主要散热方式的研究还不是很多，主要的研究成果尚处于实验室的研究阶段，真正能够投入到实际的研究成果几乎没有。在我国，热管的散热研究在动力电池散热报道上极少，运用锂离子电池的系统更为少见，但是通过研究不难发现，热管是一种较好的方式，它的布局方式灵活，形式多样，若再配合以强制的冷却方式能够获得极好的效果，而小型热管技术更能为动力电池的效能发挥提供强大支持。
4外部电路及控制模式设计
4.1外部电路设计
动力电池热管理系统工作时，需要直流高压、直流低压供电，并通过与BMS建立通讯连接，由BMS控制其热管理系统的工作模式。因此，动力电池热管理系统需设计相应的电源接口和通讯接口，通过线束分别与电池和控制系统连接，从而控制热管理系统的运行。电池热管理系统中的高压电用于电动压缩机或PTC加热器的供电，低压电用于风扇、水泵、控制器的供电。
4.2控制模式
4.2.1充电加热或制冷
当车辆充电时，若BMS检测到电池的温度是高于5℃且低于30℃，电池进入充电模式，关闭动力电池热管理系统;若检测到的电池温度低于5℃，则开启动力电池加热系统，电池进入加热模式;当电池加热到5℃时，电池进入充电模式;当电池加热到10℃时，关闭动力电池加热系统，电池保持充电模式;若检测到的电池温度高于30℃，则电池进入充电模式，同时开启动力电池冷却系统给电池降温;当电池温度低于26℃时，关闭动力电池冷却系统。
4.2.2行车加热或制冷
车辆运行时，BMS检测到电池的温度低于5℃时，则开启动力电池加热系统给电池升温;当电池加热到10℃时，关闭动力电池加热系统;当检测到电池的温度高于30℃时，开启动力电池冷却系统给电池降温;当电池温度低于26℃时，关闭动力电池冷却系统。
结语
综上，为了保障新能源汽车电能供给稳定与形式安全，文章对锂电池热管理系统设计进行了分析，可知锂电池生热来源，且会对周边线路造成影响。针对锂电池生热现象，提出了两种热管理系统设计方案，并采用仿真测试对两者的散热表现、原理进行分析，方案均具备散热能力，但方案二的散热性能与体积更具优势，因此建议选择方案二来进行锂电池热管理。
参考文献
[1]张立玉，路昭，韦立川.锂电池性能与温度相关性的基础实验研究[J].西安交通大学学报，2018，5：52-57.
[2]林成涛,陈全世.燃料电池客车动力系统结构分析[J].公路交通科技,2013,20(5):134-135.