導(dǎo)語：新能源汽車動(dòng)力電池冷卻技術(shù)探索一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:新能源汽車的研發(fā)，可有效改善傳統(tǒng)燃油汽車所造成的環(huán)境污染問題，通過零污染、零排放，與我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相一致?；诖耍恼乱孕履茉雌?a href="http://828857.com/lunwen/dianzilunwen/xinnengyuanqichelunw/202201/752205.html" target="_blank">動(dòng)力電池為切入點(diǎn)，從氣體介質(zhì)、液體介質(zhì)、相變介質(zhì)三方面，對(duì)新能源汽車動(dòng)力電池冷卻技術(shù)進(jìn)行探討，僅供參考。

關(guān)鍵詞:新能源汽車;動(dòng)力電池;冷卻技術(shù)

新能源汽車的研發(fā)，通過電力能源取代傳統(tǒng)燃油能源，可有效實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約，減少尾氣排放，進(jìn)一步符合我國節(jié)能環(huán)保工作的開展。此外，在汽車充電樁設(shè)施的布局下，可滿足新能源汽車的續(xù)航需求，為電力能源與機(jī)械能源之間的轉(zhuǎn)換提供基礎(chǔ)保障。但電池裝置在長時(shí)間驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下，電能與熱能之間的比例將呈現(xiàn)出負(fù)增長現(xiàn)象，當(dāng)電池?zé)崮艿漠a(chǎn)生高于熱能輸出時(shí)，則將加劇電力能源的損耗，縮減電池裝置的使用壽命。電池冷卻技術(shù)的應(yīng)用，則可為電池裝置進(jìn)行熱量管理，通過不同技術(shù)工藝、介質(zhì)材料等，及時(shí)將電池裝置產(chǎn)生的熱量進(jìn)行分散，以提高電池生命周期，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)利潤。

一、新能源汽車動(dòng)力電池概述

所謂新能源汽車動(dòng)力電池，就是為新能源汽車提供動(dòng)力的一種電源。就目前的市場來看，用來為新能源汽車提供動(dòng)力的電源主要包括鎳氫電池、鉛酸電池、燃料電池和鋰電池。以下是對(duì)幾種常見的新能源汽車動(dòng)力電池所進(jìn)行的分析:

(一)鎳氫電池

這種蓄電池的性能十分良好，具體應(yīng)用中，可按照高壓鎳氫電池以及普通鎳氫電池來進(jìn)行劃分。在新能源汽車中，該動(dòng)力電池的主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是放電功率大、記憶效應(yīng)小、使用壽命長、可循環(huán)使用。憑借著這些優(yōu)勢(shì)，這種動(dòng)力電池已經(jīng)在很多新能源汽車制造企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，這種蓄電池的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，我國也在其原材料加工方面具備了較為成熟的技術(shù)。因此，在新能源汽車的生產(chǎn)，這種蓄電池已經(jīng)成為一個(gè)主要的動(dòng)力來源方向。

(二)鉛酸電池

就目前的新能源汽車動(dòng)力電池市場來看，最具完善性且具備最成熟技術(shù)的就是鉛酸電池。雖然此類電池在應(yīng)用中存在技術(shù)水平不足、環(huán)保效果不佳等的問題，但是這種動(dòng)力電池依然在新能源汽車中具備較好的發(fā)展前景。伴隨著科學(xué)技術(shù)地不斷發(fā)展，鉛酸電池在技術(shù)方面也得到了不斷優(yōu)化，目前，其放電功率已經(jīng)由原來的20Wh/kg提升到了現(xiàn)在的40Wh/kg，且使用壽命也實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步延長，由原來的放電300次左右提升到了放電4000次以上。另外，當(dāng)今的鉛酸電池回收技術(shù)發(fā)展也十分迅速，該技術(shù)的發(fā)展讓鉛酸電池回收與再利用率超過了90%，有效解決了廢棄鉛酸電池污染環(huán)境等問題。由此可見，此類動(dòng)力電池的研究正在朝著技術(shù)型和環(huán)保型的方向發(fā)展，而其發(fā)展空間也將越來越大。

(三)燃料電池

燃料電池的主要工作原理是實(shí)現(xiàn)化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)化，它屬于一種化學(xué)裝置，所以人們也將此類電池稱為電化學(xué)發(fā)電器。新能源汽車生產(chǎn)和制造的過程中，燃料電池的主要優(yōu)勢(shì)不僅僅是很高的工作效率，同時(shí)其有害氣體排放量以及噪聲污染等都非常小。憑借著這些優(yōu)勢(shì)，這種動(dòng)力電池在當(dāng)今的新能源汽車制造領(lǐng)域中具有很大的發(fā)展空間。相比較西方的很多發(fā)達(dá)國家而言，我國在燃料電池方面的技術(shù)水平目前依然有待提升，無論是技術(shù)方面還是配套設(shè)施方面都有待進(jìn)一步完善，其技術(shù)的設(shè)計(jì)與研發(fā)也存在較大難度。這就需要相關(guān)企業(yè)、研究人員和技術(shù)人員加大力度對(duì)此類動(dòng)力電池進(jìn)行研究，及時(shí)掌握其關(guān)鍵技術(shù)，使其在我國的新能源汽車上得以良好應(yīng)用。

(四)鋰電池

伴隨著當(dāng)今微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，鋰電池也開始投入了大規(guī)模的生產(chǎn)與制造中。這種動(dòng)力電池主要是將鋰金屬或鋰合金用作陽極材料，對(duì)非水形式的電解質(zhì)溶液加以科學(xué)應(yīng)用，進(jìn)而制造的一種新型蓄電池。將鋰電池用作新能源汽車中的動(dòng)力電池，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)將十分顯著，通過研究發(fā)現(xiàn)，這種動(dòng)力電池的比功率可以達(dá)到1600Wh/kg，比能量可以達(dá)到150Wh/kg。另外，在我國電能技術(shù)的不斷發(fā)展與完善中，這種動(dòng)力電池的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)也在不斷提升。就目前來看，鋰電池的一個(gè)主要研究與發(fā)展方向是聚合物形式的鋰電池，此類動(dòng)力電池可按照三元鋰電池以及錳酸鋰電池等來進(jìn)行劃分，不同鋰電池的應(yīng)用性能并無很大差別，都可以在新能源汽車中加以合理應(yīng)用，以此來實(shí)現(xiàn)新能源汽車動(dòng)力的有效提供。由此可見，在我國的新能源汽車發(fā)展中，鋰電池也是其動(dòng)力電池的一個(gè)重要選擇。

二、新能源汽車動(dòng)力電池的冷卻技術(shù)分析

就目前來看，在新能源汽車動(dòng)力電池的具體應(yīng)用中，其冷卻技術(shù)主要包括氣體介質(zhì)冷卻技術(shù)、液體介質(zhì)冷卻技術(shù)、相變介質(zhì)冷卻技術(shù)、熱電制冷技術(shù)以及熱管制冷技術(shù)。以下是對(duì)這幾種主要冷卻技術(shù)所進(jìn)行的分析:

(一)氣體介質(zhì)冷卻技術(shù)

氣體介質(zhì)冷卻技術(shù)，主要是以空氣作為熱量傳輸介質(zhì)，通過熱能的熱傳遞效應(yīng)，令電池組實(shí)現(xiàn)降溫處理。從整個(gè)構(gòu)造來看，以空氣為基礎(chǔ)的介質(zhì)在實(shí)現(xiàn)冷卻功能時(shí)，整體結(jié)構(gòu)較為簡便，且機(jī)械化運(yùn)作特點(diǎn)無須占用過多的資源，提高后期維護(hù)質(zhì)量。通過對(duì)電池組所產(chǎn)生熱力能源，界定出熱量預(yù)期傳遞指標(biāo)，保證系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)某一項(xiàng)功能指令時(shí)，可針對(duì)艙室以及不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對(duì)化的熱管理，進(jìn)一步確?？臻g降溫的時(shí)效性。從工作原理來看，氣體介質(zhì)冷卻主要是依托車廂內(nèi)風(fēng)機(jī)設(shè)備或與空氣調(diào)節(jié)裝置相關(guān)聯(lián)的機(jī)構(gòu)為載體，實(shí)現(xiàn)能源的熱傳遞:外部空氣→風(fēng)機(jī)→車廂空氣調(diào)節(jié)裝置→車身(動(dòng)力電池組)→排氣系統(tǒng)。從目前技術(shù)研發(fā)形式來看，受到汽車結(jié)構(gòu)、汽車動(dòng)力等方面的影響，在對(duì)氣體介質(zhì)冷卻技術(shù)進(jìn)行參數(shù)界定時(shí)，也呈現(xiàn)出一定的差異性。例如，科學(xué)家通過電池組外部空氣流通速率，對(duì)電池組在車輛內(nèi)的空間布局進(jìn)行設(shè)定，以得出電池冷卻的最大效率值;通過強(qiáng)制冷風(fēng)處理模式，對(duì)電池組進(jìn)行均衡式降溫處理，在均勻性的冷卻機(jī)制下，可對(duì)發(fā)熱點(diǎn)進(jìn)行均衡式降溫，以提高實(shí)際降溫速率;通過流體力學(xué)界定出不同氣流層在實(shí)際導(dǎo)出過程中，氣流分層與電池溫度輸出比值存在的線性關(guān)系，以得出不同送風(fēng)形式對(duì)電池組溫度所造成的相關(guān)影響。［1］

(二)液體介質(zhì)冷卻技術(shù)

液體介質(zhì)冷卻技術(shù)是以液態(tài)物體為介質(zhì)，通過熱傳遞實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組的降溫處理。與常見的氣體介質(zhì)相比，液體介質(zhì)具有更高的比熱容，且同體積吸取的熱能較多，可有效提高系統(tǒng)換熱效率。按照工作形式來看，液體介質(zhì)的冷卻可分為接觸型冷卻與非接觸型冷卻兩種。接觸型冷卻是指電池組與冷卻液體直接接觸，通過將電池模塊沉浸到液體中，令液體對(duì)電池組所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行無差別吸收，以達(dá)到物理降溫的效果。非接觸型冷卻則是指在電池組周圍設(shè)定具有一定組織結(jié)構(gòu)的冷卻裝置，液體通過在冷卻裝置中的循環(huán)流動(dòng)，吸取電池組所產(chǎn)生的熱量，這樣一來，便可最大限度地對(duì)熱量進(jìn)行傳遞，此類冷卻機(jī)制無須液體與電池組之間接觸，在一定程度上增強(qiáng)冷卻工作的穩(wěn)定性效用。一般來講，冷卻介質(zhì)多為乙醇物質(zhì)、水的混合物。對(duì)于液體介質(zhì)冷卻技術(shù)的發(fā)展形勢(shì)來看，液體冷卻大多是以劑料組成、冷卻結(jié)構(gòu)等為主，通過介質(zhì)與結(jié)構(gòu)的同步優(yōu)化，令整個(gè)冷卻工作的開展具有針對(duì)性，乙二醇為介質(zhì)的液體冷卻體系，在實(shí)際應(yīng)用過程中，可通過介質(zhì)的多次循環(huán)，令整項(xiàng)溫度調(diào)控實(shí)現(xiàn)規(guī)范化運(yùn)作，這樣一來，便可最大限度增強(qiáng)系統(tǒng)冷卻效率，令電池組在固有極限值之下實(shí)現(xiàn)高效率運(yùn)行。目前，液體冷卻技術(shù)的實(shí)現(xiàn)多以冷卻組、管道、液體介質(zhì)流量等為主，通過對(duì)不同影響因素進(jìn)行設(shè)定，分析出在某一類運(yùn)行工下，液體冷卻技術(shù)在具體落實(shí)中呈現(xiàn)出的功能屬性。我國學(xué)者通過分析氫氟醚介質(zhì)與其他液體介質(zhì)之間的冷卻效率，得出在同等對(duì)流傳熱機(jī)制下，液體介質(zhì)發(fā)生相變所產(chǎn)生的冷卻效能，可將整個(gè)溫度維系在35℃～38℃的恒定范疇內(nèi)，這樣便可在冷卻介質(zhì)的冷卻循環(huán)內(nèi)，確保電池組溫度值的降低呈現(xiàn)出恒定狀態(tài)，以此來增強(qiáng)電池組的實(shí)際應(yīng)用性能，保證其在固有生命周期內(nèi)發(fā)揮出更大的價(jià)值。然而，液體介質(zhì)冷卻技術(shù)也存在一定的使用劣勢(shì)，例如，非接觸冷卻工藝所搭載的金屬設(shè)備，在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，將對(duì)系統(tǒng)能量產(chǎn)生一定的消耗，降低電池能源的供電性能;接觸型冷卻工藝在運(yùn)行過程中，如果電池外部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破損，將造成嚴(yán)重的安全事故。為此，在采用液體介質(zhì)冷卻技術(shù)時(shí)，必須從多個(gè)角度分析出當(dāng)前工況操作形式下，冷卻技術(shù)所能達(dá)到的最大冷卻效果，然后結(jié)合汽車運(yùn)行原理，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能化操作，增強(qiáng)電池組的使用壽命。［2］

(三)相變介質(zhì)冷卻技術(shù)

相變介質(zhì)冷卻技術(shù)作為近年來新興的電池冷卻工藝，其主要是通過相變材料，對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)存在的溫度變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，界定出不同操控工序下，能源轉(zhuǎn)換所應(yīng)具備的消耗值，然后結(jié)合材料本體的可塑性能，對(duì)電池組所產(chǎn)生的能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換與釋放，以保證電池組運(yùn)行的穩(wěn)定性。從技術(shù)發(fā)展形勢(shì)來看，相變介質(zhì)冷卻技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可進(jìn)一步提高電池組的溫控性能，整個(gè)系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量可通過吸收與傳遞實(shí)時(shí)導(dǎo)出到外部，以提高系統(tǒng)熱傳遞系數(shù)，為汽車穩(wěn)定運(yùn)行提供基礎(chǔ)保障。與此同時(shí)，以相變介質(zhì)為驅(qū)動(dòng)的冷卻技術(shù)，在具體應(yīng)用過程中，可摒棄復(fù)雜的驅(qū)熱系統(tǒng)，即為無須風(fēng)機(jī)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)支持，便可實(shí)現(xiàn)低成本運(yùn)行。此外，相變材料的應(yīng)用，可有效解決局部溫度過高的問題，令電池組實(shí)現(xiàn)整體均衡化降溫。我國學(xué)者采用泡沫銅—脂肪烴蠟油作為管理系統(tǒng)，對(duì)新能源動(dòng)力汽車的鋰離子電池?fù)p耗情況進(jìn)行模型建構(gòu)，以驗(yàn)證不同工況下，冷卻系統(tǒng)在具體實(shí)現(xiàn)某一項(xiàng)冷卻功能時(shí)，其所能達(dá)到的最優(yōu)比值。經(jīng)過實(shí)踐表明，以泡沫銅—脂肪烴蠟油為介質(zhì)冷卻系統(tǒng)，其所產(chǎn)生的性能參數(shù)明顯高于空冷系統(tǒng)，且在低溫條件下，電池工作所產(chǎn)生的溫度系數(shù)呈現(xiàn)出離散屬性，并且溫度差值更為平均，局部發(fā)熱問題的產(chǎn)生概率極低。國外研究學(xué)者則是在電池組上設(shè)定PCM模塊，通過系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，當(dāng)電池組達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，相變材料本體所設(shè)定的溫度系數(shù)將隨著系統(tǒng)溫度的提升對(duì)熱量及時(shí)導(dǎo)出，且此類溫度變化進(jìn)一步反映出材料的可塑屬性，令溫度在固定指標(biāo)下得以散熱處理。

(四)熱電冷卻技術(shù)

熱電冷卻技術(shù)主要是以電子元件為載體，通過熱電發(fā)生反應(yīng)，使得電池在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱能進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換，這樣便可將余熱當(dāng)成是能源的重要驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而作用到設(shè)備制冷器裝置中，進(jìn)行散熱處理。國外學(xué)者針對(duì)熱電冷卻技術(shù)，研發(fā)一種熱泵供給系統(tǒng)(BTMS)，通過分析新能源汽車動(dòng)力電池的鋰離子在不同環(huán)境下呈現(xiàn)出的放電屬性，得出在恒流放電模式下，鋰離子的放電速率建模參數(shù)顯示，與預(yù)設(shè)的熱響應(yīng)、能耗等相符合，其也證明了BTMS的可應(yīng)用性能。Esfahanian等人則是在原有的熱電技術(shù)上進(jìn)行優(yōu)化處理，通過空冷熱原理的應(yīng)用，進(jìn)一步得出空間制溫體系。在實(shí)踐表明下，動(dòng)力電池的外界環(huán)境如果高于42℃時(shí)，則電池溫度將自動(dòng)進(jìn)行恒溫處理，以保證電池組在35℃的最佳工作狀態(tài)下。我國學(xué)者在原有的熱電制冷技術(shù)之上，提出制冷器與熱管理系統(tǒng)相結(jié)合的規(guī)劃，通過實(shí)踐證實(shí)，在恒流的放電頻率下，制冷器可將電池組的溫度恒定38℃以內(nèi)，且作用到不同串聯(lián)電池組上，其所形成的溫度差值低于1℃。對(duì)于熱電制冷技術(shù)來講，在不同設(shè)備載體中，其均需要對(duì)電池組本體進(jìn)行一個(gè)恒溫設(shè)定，這樣才可最大限度保證在生命周期內(nèi)，電池組使用壽命的最大化。

(五)熱管冷卻技術(shù)

熱管冷卻技術(shù)是通過填充相變介質(zhì)的密封空心管裝置，經(jīng)由蒸發(fā)機(jī)構(gòu)、冷凝機(jī)構(gòu)，對(duì)電池組所產(chǎn)生的熱能進(jìn)行一系列的循環(huán)轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)制冷。熱管冷卻技術(shù)的工作原理，在運(yùn)行過程中，以蒸發(fā)機(jī)構(gòu)對(duì)電池組所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行吸收，然后將此類熱能作用到空心管內(nèi)的液體介質(zhì)中，使內(nèi)部液體汽化。當(dāng)液體汽化時(shí)，其所產(chǎn)生的氣體將在密封空心管內(nèi)產(chǎn)生一定的反作用氣壓，氣體在下降勢(shì)能的作用下，將導(dǎo)入到冷凝機(jī)構(gòu)中，經(jīng)過冷凝機(jī)構(gòu)的液化處理，將把蒸汽機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的氣體轉(zhuǎn)換為液體，然后經(jīng)由循環(huán)裝置流回到蒸發(fā)裝置中，進(jìn)而為后續(xù)汽化—液化的循環(huán)提供反應(yīng)介質(zhì)。從具體應(yīng)用形式來看，熱管冷卻技術(shù)大多集中在模型優(yōu)化體系中，即為以性能為主導(dǎo)的模型評(píng)價(jià)，通過各類數(shù)據(jù)信息的整合，界定出不同反應(yīng)介質(zhì)下數(shù)據(jù)參數(shù)與實(shí)際參數(shù)所呈現(xiàn)出的誤差值，這樣便可通過數(shù)據(jù)信息反映出熱管冷卻技術(shù)的冷卻效果。對(duì)此，國外學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分析出在單管熱冷卻技術(shù)下的鋰電池冷卻效能，通過不同溫度的測(cè)定下，得出采用低流量的冷卻環(huán)境，可更加快速地實(shí)現(xiàn)降溫，這是由于同一階段的低溫環(huán)境中，冷卻機(jī)構(gòu)可更為容易吸收熱量，且溫差效果不會(huì)對(duì)固有溫度指標(biāo)造成較大的影響，以確保溫度的精度控制。我國學(xué)者則是通過對(duì)熱管長度、內(nèi)部機(jī)構(gòu)組成、噴霧模式等方面，分析出不同工況下電池組的冷卻效率，通過實(shí)踐研究表明，界定出熱管長度、噴霧指標(biāo)與電池組冷卻具有一定的線性關(guān)系，即為熱管長度越大、噴霧效率越高，則電池組的冷卻效率越快，但上述兩種反應(yīng)模式的優(yōu)化，將占據(jù)較大的空間資源、能源耗用資源。部分學(xué)者研究熱動(dòng)力電池下不同冷卻技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用性能，通過分析比對(duì)，查證出冷卻性能高低依次為熱管冷卻技術(shù)＞液體介質(zhì)冷卻技術(shù)＞空氣介質(zhì)冷卻技術(shù)。在熱管冷卻技術(shù)的支持下，電池組的最佳溫度可持續(xù)更長的時(shí)限，且不同電池組的溫度差值較小，以增強(qiáng)電池的實(shí)際效能。

結(jié)語

綜上所述，電池作為新能源汽車運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)部件，通過電力能源的中樞供給，為汽車運(yùn)行提供動(dòng)力。對(duì)于整個(gè)電力供給系統(tǒng)而言，汽車動(dòng)力電池在供應(yīng)過程中呈現(xiàn)出一定的消耗性，其所產(chǎn)生的熱能在一定程度上將耗損電池組裝置的使用壽命。對(duì)于此，必須針對(duì)使用形式，分析出不同冷卻技術(shù)的應(yīng)用屬性，進(jìn)而為整項(xiàng)冷卻工作的開展提供基礎(chǔ)保障。

參考文獻(xiàn):

［1］蔣樂，張恒運(yùn)，吳笑宇．電動(dòng)汽車鋰離子電池散熱技術(shù)研究［J］．農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2019，57(12):19-22．

［2］盧夢(mèng)瑤，章學(xué)來．電動(dòng)汽車動(dòng)力電池冷卻技術(shù)的研究進(jìn)展［J］．上海節(jié)能，2019(10):801-809．

作者：鄭威 單位：南京六合中等專業(yè)學(xué)校