【《动力电池热管理系统研究现状文献综述》3000字】

动力电池热管理系统研究现状文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u1905动力电池热管理系统研究现状文献综述 1315661空气冷却方式 1193112液体冷却方式 2136493相变材料冷却方式 34234参考文献 3动力电池作为新能源汽车的核心部件是其动力的直接来源。电池在工作过程中会随着运行时间的增加而升高电池温度，并且因为它处在一个狭小的空间中而使得电池难以散热，导致热量堆积，如果无法有效的进行控制温度可能会引起电池起火等安全隐患。AdersonR等[6]通过对一些汽车上的动力电池进行研究，发现动力电池的寿命会因为温度过高而受到影响。因此对电池组进行有效的散热是电池热管理系统的任务，可以防止产生热失控事故。动力电池热管理系统的设计要点有：电池最优工作温度范围，电池热场计算及温度预测，温度传感器，传热介质的选择，风机功率的选择和电池包的设计[7]。动力电池热管理系统的目的就是通过监控动力电池组的温度，如果监测到电池组的温度不在正常工作范围时，就及时对温度进行控制，使其保持在合适的工作温度范围。目前，根据不同的传热介质动力电池热管理系统冷却方式可以分为空气冷却、液体冷却、相变材料冷却这三大类为主[8]。也可以根据实际情况、电池工作状况、形状等，在不同情况下灵活的采用多种冷却方式组合使用的方法[9]。下面以这三种冷却方式为例，并且对国内外的研究现状进行概述。1空气冷却方式空气冷却是将空气作为介质，利用热对流的方法来降低电池组的温度[10]。这种方式结构简单、维护简单、成本低，电池质量轻且没有漏液的可能被广泛的应用于电池热管理系统中。空气冷却方式主要分为自然对流冷却和强制对流冷却。自然对流冷却方式就是在不使用任何冷却装置的情况下，仅仅依靠汽车在行驶过程中自然风通过电池的间隙与电池表面相接触进行换热，来降低电池的温度。这种散热方式价格低且制造简单，但它的散热能力差。强制对流冷却方式是通过增加额外的冷却装置来进行散热，如风扇、气泵、空调等辅助装置，它拥有更好的冷却效果。在强制对流冷却中又可以根据流道的不同分为串行通风和并行通风这两种结构，如图1-4和图1-5所示。由串行通风散热结构图可知，空气是从电池的一边入口流入，然后流动经过电池的内部，再从另一边的出口流出。由于前面流入的空气吸收了大量的热量，导致后面电池的热量无法被大量吸收，从而使得整个电池组无法均匀散热，导致电池组温差不一样，后面的温度比前面的高。而并行通风散热结构通过改变流道的设计，使空气从底部流入，上部流出，使得空气几乎可以流过所有电池的表面，从而达到更好的散热效果。Choi和Kang通过研究不同散热结构对电池组的温度影响，发现优化流道的尺寸大小、改变气流流速能够有效的提升动力电池组的散热效率[11]。肖红林等通过CFD软件仿真不同排列方式的圆柱形锂离子电池受到空气冷却的影响，得到圆柱形锂电池达到较好的散热效果是采用并行排列[12]。图1-4串行通风散热结构图1-5并行通风散热结构2液体冷却方式液体冷却方式相比于空气冷却方式可控性更高[13]。它是通过液体与电池之间进行热对流换热的方式，从而达到减少电池组内部的热量、降低温度的目的。为了达到更好的换热效果冷却液必须要是拥有较高的导热率和比热容，且是流动性好、绝缘性好、化学性质稳定的液体，例如水、乙二醇、矿物油等。液体冷却可以通过冷却液是否与电池直接接触分为直接冷却和间接冷却这两种方式。直接冷却方式就是将电动汽车的电池组直接浸没在绝缘性好且导热效率高的水或乙二醇等冷却液体中，通过冷却液与电池组直接接触来吸收电池组产生的热量。此冷却方式可以让电池组与冷却液大面积接触达到较高的冷却效率，但对冷却液体要求较高且电池容易发生短路和化学腐蚀现象[14]。间接冷却方式是电池不直接与冷却液接触，而是通过在电池组之间安装冷却通道或者是在电池组两边安装冷却板，以此通过对流传热的方式来降低电池组的温度且解决电池组温度分布不均的问题。间接冷却方式是目前电动汽车常用的电池热管理方式。液体冷却的优点是相比于其他散热方式具有较高的散热系数，还能降低电池组的噪音。但它容易造成液体泄漏，所以对流道的要求高，需要它拥有较高的密封性，这就使得整个结构变得复杂且增加了它的重量，从而成本也变得更高。Siruvuri等通过对锂离子电池组进行热管理研究，将水作为冷却液，以两种流道中以不同的流速对比得到电池组的温度场分布，发现改变其中一个流道的流向可以使电池组温度场分布更均匀[15]。Jarrett等设计了一款蛇形流道的冷却板并进行仿真，为了提高冷却板的散热能力，他们优化了流道的长度、宽度等尺寸[16]。徐晓明等通过对单流道和双流道的冷却能力进行实验对比发现双流道的冷却能力更强，并通过改变冷却液的流量、温度、流速来提升它的冷却效果[17]。3相变材料冷却方式相变材料冷却的原理是通过相变材料在相变过程中吸收或释放热量来对电池进行冷却或加热。相变材料使用方便、无毒无害、热稳定性高，并且不需要特定设备，所以它的成本低、安全系数高[18]。相变材料可以分为有机相变材料、无机相变材料和复合相变材料三种。石蜡是一种典型的相变材料并且可以运用到电动汽车的动力电池热管理系统中，但相变材料冷却方式还处于研发中，技术尚未成熟，并没有大量使用在生产中。Al-Hallaj和Selman得出相变材料可以在电池高温时吸收热量并储存，在电池低温时释放热量给电池的结论[19]。张国庆等将石蜡和石墨的复合相变材料运用在电池组中，通过合理利用这种复合相变材料来设计镍氢电池热管理系统，通过实验验证得到相变材料冷却方式比空气冷却方式和液体冷却方式的散热性能更加优越[20]。综上所述，随着科技的发展与技术的成熟，不同的冷却方式都有很大的提升。空气冷却方式目前比较成熟，由于设计比较简单所以被广泛的运用于电池热管理系统中。液体冷却相比于空气冷却其形式较为灵活、换热系数更高、能提供更佳的冷却能力。但它密封性能要求高、生产成本高不利于液体流道布置和尺寸的轻量化设计。随着人们对电池续航能力、安全性能的重视，更好的冷却方式还在被人们研究出来，相变材料冷却方式可以作为未来的发展方向。参考文献[1]李晓兰.我国原油对外依存度超过警戒线[J].海洋石油,2010(01):77.[2]崔亚明.我国新能源汽车现状及发展前景[J].军民两用技术与产品,2015(20):33-33.[3]王小峰,于志民.中国新能源汽车的发展现状及趋势[J].科技导报,2016(17):13-18.[4]DoughtyD,RothEP.AGeneralDiscussionofLi-ionBatterySafety[J].ElectrochemicalSocietyInterface,2012,21(2):37-44.[5]文博杰.基于中国新能源汽车发展规划的资源环境效应分析[J].中国矿业,2017,26(10):76-80.[6]AndersonR．RequirementsforImprovedBatteryDesignandPerformance[J]．SAETra-nsactions，1990,99：1190—1197.[7]杨国胜.电动汽车动力电池组热管理系统研究[J].科技创新导报,2015,12(04):178-180.[8]何倩,孙仁云,邓美俊,潘湘芸.电动汽车动力电池热管理技术分析[J].汽车零部件,2021,(05):1-7.[9]KizilelR,LateefA,SabbahR,etal.Passivecontroloftemperatureexcursionanduniformityinhigh-energyLi-ionbatterypacksathighcurrentandambienttemperature[J].JournalofPowerSources,2008,183(1):370-375.[10]吴博.电动汽车锂电池冷却方式综述[J].汽车文摘,2020,(11):9-14.[11]ChoiYS,KangDM.Predictionofthermalbehaviorsofanair-cooledlithium-ionbatterysystemforhybridelectricvehicles[J].JournalofPowerSources,2014,270(3):273-281.[12]肖红林,郭明明,李洪亮.电动汽车动力电池组散热特性数值模拟研究[J].汽车工程,2012(11):998-1002.[13]唐丽娟,张海建.浅谈新能源汽车动力电池冷却技术[J].越野世界,2021,(12):13-14.[14]洪照迪.动力电池模组液冷系统散热性能分析与优化[D].湖南:湖南大学,2021:7-9.[15]SiruvuriS.D.V.S.S.V,BudarapuPR.StudiesonthermalmanagementofLithium-ionbatterypackusingwaterasthecoolingfluid[J].TheJournalofEnergyStorage,2020,29(Jun.):101377.1-101377.14.[16]JarrettA,KimIY.Designoptimizationofelectricvehiclebatterycoolingplatesforthermalperformance[J].JournalofPowerSources,2011,196(23):10359-10368.[17]徐晓明，赵又群.基于双进双出流径液冷系统散热的电池模块热特性分析[J].中国机械工程,2013,24(03):313-316+321.[18]赵冲,王有镗,郑斌,田鑫.新能源汽车动力电池冷却技术分析[J].内燃机与配件,2020,(1):192-193.[19]Al-HallajS,SelmanJR.Anovel