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摘 要：随着新能源汽车的发展，电动汽车的电池寿命及使用效率成为共同关注的热点，而温度是影响电池性能的关键因素。基于目前实际问题，本项目拟设计一种基于被动散热-硅胶导热吸热和循环液体换热与主动散热-空气冷却相结合，以集提前预热和安全装置为一体的智能控温可连续工作的电池热管理系统。该系统能够及时有效地降低电池温度，增强电池稳定性，提高电池工作效率。
关键词：新能源汽车;电池热管理;热效率
中图分类号：U469.7 文献标识码：A
1 对本项目的相关资料进行了收集
传统燃料汽车在行驶过程中排放出大量的二氧化碳和热量，既污染空气又会导致气温升高，无论是从能源结构调整的角度，还是环境保护的方面来看，发展新能源汽车是大势所趋。而电池是新能源汽车的核心部件，其性能的好坏决定着汽车的安全性、经济性和行驶里程等，而在目前众多电池类型中，锂离子电池[1]（以下简称锂电池）性能最佳，广泛应用于电动汽车中。
影响锂电池性能的因素众多，其中温度是影响其性能的重要因素，理论使用温度为-40℃至70℃，但锂电池在高温或者低温环境下工作时，都会对电池造成不可逆损失甚至安全事故。因此，为保证其性能最佳，适宜工作温度应严格控制在25℃±5℃。
目前，新能源汽车在上市售卖以来，因散热系统不完善而导致电池温度过高或过低，引起的自燃爆炸事件频发。由此可见，对此类电池散热、安全防护问题的研究刻不容缓。
因此，我们提出了基于被动散热-硅胶导热吸热和循环液体换热与主动散热-空气冷却相结合，以集提前预热和安全装置为一体的智能控温可连续工作的电池热管理系统，及时高效地对电池进行散热，同时利用防止个别电池失效和热失控故障的装置，有效解决了电池热失效、起火、爆炸等问题，保证了驾乘人员安全。散热装置的硅胶片能够及时吸收一部分电池热量，减缓电池温度升高的速度;利用循环相变液冷，酒精汽化吸收电池产生的热量;同时结合均匀送风[2]，可起到主动散热，达到减少电池包内部电池间温差和单个电池内外较大温差的作用。电池热管理系统预热装置通过远程控制碳纤维加热丝进行预热，可使汽车启动时，电池可以处于最佳的工作温度区间。相比传统，本系统利用了热敏电阻随温度升高阻值降低和灵敏度高的特性，对热失效自清装置进行了简化，实现直接针对任一失效电池进行单独隔离，保证了电池组整体运行的稳定性。
2 对系统总体方案进行了设计
2.1 总体方案
本作品相比市场已有热管理系统，具有散热效果好、节能环保的特点，且集散热、预热和安全装置于一体，便于实现，实用性广，易于推广。该电池热管理系统三个部分，第一部分为散热装置，第二部分为预热装置，第三部分为安全装置。
2.1.1 散热装置
散热装置一般适用于南方的夏天，比如重庆。此装置分为三个板块，依次为第一散热装置、第二散热装置和风冷装置。通过硅胶吸热，循环液冷结合酒精相变达到及时高效对电池进行散热的目的，从而延长电池寿命及其续航能力。
第一散热装置包括贴在电池表面的硅胶材料和内部持续流动着酒精的液冷板。当电池温度超过最佳工作温度区间的最大值时，散热硅胶吸收电池的热量，使电池升温速度变慢，再将热量传递给内部会持续循環酒精的液冷板。如此可达到降低电池温度的目的，维持电池正常工作的温度范围，有效地延长电池寿命。
第二散热装置包括接在液冷板宝塔水嘴上的细管，智能蠕动泵和表面贴有两个60 W制冷片的小型水箱;水箱内装有足够容量的酒精，再利用蠕动泵使酒精通过液冷板的两个宝塔水嘴在液冷板中循环往复，一个水嘴用于进酒精，另一个水嘴用于出酒精;在水箱的侧面贴有两个用于冷却酒精的制冷片和其散热装置;酒精在液冷板上的管道流动过程中会吸热汽化发生相变过程，又因为整个管道系统是闭式系统，故酒精可在水箱中凝结成液体，重新回到管道中对电池进行散热。
风冷装置包括电池组侧方下部的狭长送风口和位于电池组下方装有两个小风扇的风道，风扇通过送风口实现均匀送风，对电池组进行散热（实际中由多个电池组成一个电池组）。冷风自下而上流过电池表面，电池的电芯，散热硅胶片以及液冷板上的细管，达到减少电池包内部电池间温差和单个电池内外较大温差的作用，尽可能实现电池包的均温性。
2.1.2 预热装置
此装置包括极小型发电机、碳纤维加热丝、温控板和远程遥控开关。北方冬季气候寒冷，启动汽车前往往需要预热才能使汽车电池达到最佳工作的温度区间，此装置可利用手机APP或微信小程序输入预计出门时间，远程启动极小型发电机，通过均匀分布在电池表面的碳纤维加热丝来使电池达到合适的工作温度。
2.1.3 安全装置
此安全装置包括和电池正负极相连的热敏电阻、指示灯、保护电阻与设置于电池上方装有灭火剂的安全仓。热敏电阻额外接一根导线在电池正负极之间，当电池温度在合适的工作温度区间时，热敏电阻的电阻值趋向于无穷大，相当于热敏电阻所在支路断路。当电池温度超出限定的安全温度时，热敏电阻的电阻值趋向于零，相当于使电池短路，从而使已损坏的电池自动退出工作系统而不影响整个电池回路。并且再接一段具有指示灯与用于保护指示灯的电阻的支路，可以用来识别已损坏的电池并及时更换。
3 结论
为了解决新能源汽车电池因温度过高或过低而导致电池寿命减少，续航能力差和经济性安全性不佳的问题，本项目提出一种循环液体换热、液体相变及提前预热的电池热管理系统，该系统包括预热装置，散热装置和安全装置。该系统的散热装置能够及时有效地降低电池温度，增强电池稳定性，提高电池工作效率;系统中的预热装置是保证电池在低温环境下可提前预热而及时启动，避免电池在温度过低的情况下运行而造成不可逆的损伤;系统中的安全装置是保证电池在个别电池热失效故障的情况下，使失效电池自动退出工作电池组，不影响其他电池工作，保证汽车的正常行驶，消除安全隐患，防患于未然。
参考文献：
[1]凌晨.电动汽车用锂离子电池热管理系统的研究[D].河南师范大学，2019.
[2]高亚男，储爱华，张彤.风冷电池热管理系统控制策略研究[J].电源技术，2019，43（09）：1474.
关键词：新能源汽车;电池热管理;热效率
中图分类号：U469.7 文献标识码：A
1 对本项目的相关资料进行了收集
传统燃料汽车在行驶过程中排放出大量的二氧化碳和热量，既污染空气又会导致气温升高，无论是从能源结构调整的角度，还是环境保护的方面来看，发展新能源汽车是大势所趋。而电池是新能源汽车的核心部件，其性能的好坏决定着汽车的安全性、经济性和行驶里程等，而在目前众多电池类型中，锂离子电池[1]（以下简称锂电池）性能最佳，广泛应用于电动汽车中。
影响锂电池性能的因素众多，其中温度是影响其性能的重要因素，理论使用温度为-40℃至70℃，但锂电池在高温或者低温环境下工作时，都会对电池造成不可逆损失甚至安全事故。因此，为保证其性能最佳，适宜工作温度应严格控制在25℃±5℃。
目前，新能源汽车在上市售卖以来，因散热系统不完善而导致电池温度过高或过低，引起的自燃爆炸事件频发。由此可见，对此类电池散热、安全防护问题的研究刻不容缓。
因此，我们提出了基于被动散热-硅胶导热吸热和循环液体换热与主动散热-空气冷却相结合，以集提前预热和安全装置为一体的智能控温可连续工作的电池热管理系统，及时高效地对电池进行散热，同时利用防止个别电池失效和热失控故障的装置，有效解决了电池热失效、起火、爆炸等问题，保证了驾乘人员安全。散热装置的硅胶片能够及时吸收一部分电池热量，减缓电池温度升高的速度;利用循环相变液冷，酒精汽化吸收电池产生的热量;同时结合均匀送风[2]，可起到主动散热，达到减少电池包内部电池间温差和单个电池内外较大温差的作用。电池热管理系统预热装置通过远程控制碳纤维加热丝进行预热，可使汽车启动时，电池可以处于最佳的工作温度区间。相比传统，本系统利用了热敏电阻随温度升高阻值降低和灵敏度高的特性，对热失效自清装置进行了简化，实现直接针对任一失效电池进行单独隔离，保证了电池组整体运行的稳定性。
2 对系统总体方案进行了设计
2.1 总体方案
本作品相比市场已有热管理系统，具有散热效果好、节能环保的特点，且集散热、预热和安全装置于一体，便于实现，实用性广，易于推广。该电池热管理系统三个部分，第一部分为散热装置，第二部分为预热装置，第三部分为安全装置。
2.1.1 散热装置
散热装置一般适用于南方的夏天，比如重庆。此装置分为三个板块，依次为第一散热装置、第二散热装置和风冷装置。通过硅胶吸热，循环液冷结合酒精相变达到及时高效对电池进行散热的目的，从而延长电池寿命及其续航能力。
第一散热装置包括贴在电池表面的硅胶材料和内部持续流动着酒精的液冷板。当电池温度超过最佳工作温度区间的最大值时，散热硅胶吸收电池的热量，使电池升温速度变慢，再将热量传递给内部会持续循環酒精的液冷板。如此可达到降低电池温度的目的，维持电池正常工作的温度范围，有效地延长电池寿命。
第二散热装置包括接在液冷板宝塔水嘴上的细管，智能蠕动泵和表面贴有两个60 W制冷片的小型水箱;水箱内装有足够容量的酒精，再利用蠕动泵使酒精通过液冷板的两个宝塔水嘴在液冷板中循环往复，一个水嘴用于进酒精，另一个水嘴用于出酒精;在水箱的侧面贴有两个用于冷却酒精的制冷片和其散热装置;酒精在液冷板上的管道流动过程中会吸热汽化发生相变过程，又因为整个管道系统是闭式系统，故酒精可在水箱中凝结成液体，重新回到管道中对电池进行散热。
风冷装置包括电池组侧方下部的狭长送风口和位于电池组下方装有两个小风扇的风道，风扇通过送风口实现均匀送风，对电池组进行散热（实际中由多个电池组成一个电池组）。冷风自下而上流过电池表面，电池的电芯，散热硅胶片以及液冷板上的细管，达到减少电池包内部电池间温差和单个电池内外较大温差的作用，尽可能实现电池包的均温性。
2.1.2 预热装置
此装置包括极小型发电机、碳纤维加热丝、温控板和远程遥控开关。北方冬季气候寒冷，启动汽车前往往需要预热才能使汽车电池达到最佳工作的温度区间，此装置可利用手机APP或微信小程序输入预计出门时间，远程启动极小型发电机，通过均匀分布在电池表面的碳纤维加热丝来使电池达到合适的工作温度。
2.1.3 安全装置
此安全装置包括和电池正负极相连的热敏电阻、指示灯、保护电阻与设置于电池上方装有灭火剂的安全仓。热敏电阻额外接一根导线在电池正负极之间，当电池温度在合适的工作温度区间时，热敏电阻的电阻值趋向于无穷大，相当于热敏电阻所在支路断路。当电池温度超出限定的安全温度时，热敏电阻的电阻值趋向于零，相当于使电池短路，从而使已损坏的电池自动退出工作系统而不影响整个电池回路。并且再接一段具有指示灯与用于保护指示灯的电阻的支路，可以用来识别已损坏的电池并及时更换。
3 结论
为了解决新能源汽车电池因温度过高或过低而导致电池寿命减少，续航能力差和经济性安全性不佳的问题，本项目提出一种循环液体换热、液体相变及提前预热的电池热管理系统，该系统包括预热装置，散热装置和安全装置。该系统的散热装置能够及时有效地降低电池温度，增强电池稳定性，提高电池工作效率;系统中的预热装置是保证电池在低温环境下可提前预热而及时启动，避免电池在温度过低的情况下运行而造成不可逆的损伤;系统中的安全装置是保证电池在个别电池热失效故障的情况下，使失效电池自动退出工作电池组，不影响其他电池工作，保证汽车的正常行驶，消除安全隐患，防患于未然。
参考文献：
[1]凌晨.电动汽车用锂离子电池热管理系统的研究[D].河南师范大学，2019.
[2]高亚男，储爱华，张彤.风冷电池热管理系统控制策略研究[J].电源技术，2019，43（09）：1474.