新能源汽车动力电池温控技术优化研究.pdf

新能源技术852023.6动力电池作为新能源汽车的电能存储设备，其性能稳定与否直接关系新能源汽车的实际使用效果和市场接受度。在动力电池运行过程中，温度是一个至关重要的参数，不恰当的温度控制会导致电池容量衰减、内阻增加、循环寿命缩短甚至热失控等严重后果。因此，动力电池温控技术优化成为新能源汽车领域的研究热点之一。优化动力电池温控技术，可以提高动力电池的性能、延长使用寿命，进一步提升充电效率和用户体验，从而促进新能源汽车的普及和推广，推动汽车行业朝清洁、可持续发展的方向迈进。1 新能源汽车动力电池温控技术概述1.1动力电池温控技术概念动力电池温控技术是新能源汽车领域的关键技术之一，对动力电池的性能和使用寿命具有重要影响。在新能源汽车运行过程中，动力电池的温度是影响车辆平稳运行的一个关键因素。在过高或过低的温度下，动力电池会出现各种问题，因此保持适宜的温度范围对于动力电池的正常运行至关重要。长时间暴露在高温环境下，电池容量会逐渐降低，使得可用能量减少。同时，高温环境会导致电池内部化学反应加速，增加电池的自放电速率，从而缩短电池的循环寿命。此外，高温还会引发电池内部副反应和腐蚀，增加电池的内阻，进一步降低电池的性能。而在低温环境下，动力电池的放电能力和充电效率也会受到影响。低温环境会降低电池内部化学反应的速率，导致电池的可用能量减少，限制电池的放电能力。而且低温还会导致电池内阻增加，限制电流的流动能力，从而影响电池的充电效率。1.2动力电池温控技术分类及特点目前，已经存在多种动力电池温控技术，包括主动温控和被动温控技术。主动温控技术是通过采用传感器和控制系统实现对温度的精确控制，具有响应速度快、温度控制精度高的优点，能够使动力电池在合适的温度范围内工作。然而，主动温控技术也存在成本高、能耗增加等局限性，需要综合考虑系统的性能和成本因素。被动温控技术主要通过优化散热设计和材料选择来控制动力电池的温度，具有结构简单、成本较低的优点，可以在一定程度上减小温度变化。然而，被动温控技术对于温度变化的响应速度较慢，无法实现对温度的精确控制。1.3动力电池温控技术关键参数和指标在动力电池温控技术优化中，需要重点考虑一些关键参数和指标。第一，温度控制精度是衡量温控系统性能的重要指标，所以需要确保动力电池在合适的温度范围内工作。第二，温度均匀性对于动力电池性能至关重要，能够避免温度不均匀导致的单体电池性能差异。第三，要重视温控系统的响应速度和能耗，以确保温控系统的高效运行。动力电池温控技术的优化对于提高电池性能和延长使用寿命至关重要。通过综合考虑温度对电池新能源汽车动力电池温控技术优化研究傅随策（泉州海洋职业学院 福建 泉州 362700）摘要：该文探讨温度对动力电池性能和使用寿命的影响，强调保持适宜温度范围对于动力电池正常运行的重要性，分析现有动力电池温控技术的分类及特点，阐述温控技术的关键参数、指标，分析新能源汽车动力电池热行为，并提出新能源汽车动力电池温控技术优化策略，以提升动力电池的性能、延长使用寿命及确保充电过程的安全性，促进新能源汽车动力电池温控技术的发展。关键词：新能源汽车；动力电池；温控技术；热管理系统注：本文系泉州海洋职业学院 20222023 年校级科研项目“新能源汽车动力电池的温控技术优化应用研究”（QH202213）研究成果。作者简介：傅随策，泉州海洋职业学院助教，研究方向为新能源汽车运用工程、动力电池温控技术。新能源技术汽车测试报告86性能和使用寿命的影响，评估现有温控技术的优缺点，并关注关键参数和指标，可以促进动力电池温控技术的进一步发展。2 新能源汽车动力电池热行为分析2.1电池热生成机制新能源汽车动力电池的热量主要来自其内部的化学反应。在充放电过程中，电池内部会发生氧化还原反应，这些反应会产生热量。第一，充电时，电池的正极材料（如锂铁磷酸铁锂）会释放出锂离子，并在电池内形成锂离子嵌入化合物。这个过程涉及电极材料和电解质之间的离子传输，离子在电解质中运动时会与溶剂分子发生相互作用，产生摩擦和碰撞，从而引起电解质的温升和产生热量。第二，放电时，锂离子会从正极材料中脱嵌，并通过电解质传输到负极材料（如石墨）。这个过程同样涉及离子在电解质中的移动和相互作用，也会产生热量。第三，电解质的电导率和电极材料电阻也会导致热量的产生。因此，电池内部热量的产生是由化学反应、离子传输和电阻等因素共同作用的结果，而且热量的多少会随着电池的工作状态和环境条件的变化而变化，例如高电流和高温会加速化学反应，从而产生更多的热量，而低温会减少热量的生成。因此，理解和控制电池的热生成机制对于优化动力电池温控技术至关重要。2.2电池热传导和热分布热传导和热分布是影响电池性能和安全性的关键因素。在理想情况下，电池内部的热量能均匀分布，从而保证电池的性能稳定性和使用寿命。然而，由于受到电池内部材料的热导率、结构、工作状态等因素的影响，电池内部的热分布通常是不均匀的。第一，电池的热传导是指热量在电池内部的传递过程，其速度取决于材料的热导率、热传导路径的长度和形状等因素。在电池中，正负极材料、电解质和电极之间存在热传导路径，热量会沿着这些路径传递。但不同材料的热导率存在差异，热量在电池内部的传导速度会有所不同，所以会导致热分布不均匀。第二，电池的热分布是指电池内部不同区域的温度分布情况。由于热传导的不均匀性及电池外壳的隔热效果不同，电池内部的热分布通常是不均匀的。例如，电池的中心部分通常比边缘部分更热，这是因为热量需要通过电池的外壳才能散发到环境中，而中心部分的热量传导路径较长，导致热量难以快速散发。这种不均匀的热分布会加剧电池性能的衰减，并可能引发安全问题，如热失控1-2。因此，为了提高电池性能和安全性，需要优化电池的热传导和热分布，改进电池内部材料的热导率，优化电池结构设计，使用散热材料、散热器、热管理系统等促进热量的传递和散发，从而实现更均匀的热分布和提高电池性能。2.3电池热行为对性能和使用寿命的影响第一，电池的工作温度直接影响其充放电性能。在适宜的温度范围内，电池的电化学反应会更加顺畅，功率和能量密度更高。例如，锂离子电池在较高温度下具有更高的离子传导率，可以提供更高的充放电效率，然而，如果温度过高或过低，会影响电解质和电极材料的稳定性，从而降低电池的性能。第二，电池的热行为对其使用寿命也有重要影响。一方面，过高的温度会加速电池材料的衰老，易使材料的结构和性能发生变化，导致电池容量衰减、使用寿命缩短；另一方面，不均匀的热分布会使电池部分区域的工作压力增大，导致电池的循环寿命缩短。因此，为了优化电池的热行为，可以采取多种措施。例如，设计合理的电池结构，包括热传导路径和散热结构，以促进热量的传递和散发；采用有效的热管理系统来控制电池的工作温度，如温控系统和散热装置；选择具有较高热导率的材料来提高热传导效率，并采取热隔离措施，减少热量损失。3 新能源汽车动力电池温控技术优化策略在动力电池温控技术的优化过程中，可以从改进与创新传统温控方法、采用基于智能化算法的温控技术、合理控制充电温度、提升充电设施温控能力等方面入手，从而有效提升温控效果。3.1改进与创新传统温控方法3.1.1主动温控：采用传感器和控制系统实现精确控制主动温控是通过传感器和控制系统实现对动力电池温度的精确控制。传感器可以实时监测动力电池的温度变化，并将数据反馈给控制系统。控制系统根据实时的温度数据进行判断和决策，并通过控制温控系统中的执行机构，如冷却风扇、液冷循环系统等调节电池的温度。同时，传感器的精确度和响应速度会直接影响温控系统对温度变化的感知能力和响应能力，因此在主动温控过程中，应提升传感器的精确度和响应速度，以及提高温控系统的智能化程度，引入更先进的传感器技术和改进控制算法，以提高主动温控系统的准确性和效率，进而实新能源技术872023.6现对动力电池温度的精确控制3。3.1.2被动温控：优化散热设计和材料选择被动温控方法主要通过优化散热设计和材料选择来控制动力电池的温度。优化散热设计包括电池模块的排列方式、散热板和散热片的设计，能够提高散热效果，增加散热面积和提高散热效率，从而降低电池的工作温度。在材料选择中，应选用热导率较高的材料，加快热量传导和散热过程，从而更有效地传导和散发热量。3.2采用基于智能化算法的温控技术3.2.1应用人工智能和机器学习技术人工智能和机器学习技术在动力电池温控中发挥越来越重要的作用。同时，通过建立温控系统数学模型，可以对历史数据进行学习和分析，实现对动力电池温度的预测和优化控制。人工智能和机器学习技术可以利用大数据分析识别出不同工况下动力电池温度的变化规律，并根据实时的工况信息进行温控策略调整。这样，温控系统可以根据不同的使用场景和工况自动调整温度控制策略，实现对动力电池温度的精确控制。3.2.2应用基于模型预测控制的温控策略模型预测控制是一种通过建立温控系统数学模型，并基于模型进行预测和优化控制的技术。因此，可利用电池的物理和化学特性建立准确的数学模型，对模型进行预测，实现对动力电池温度的优化控制，并且根据预测结果进行温度调节，使动力电池保持在合适的温度范围。通过不断地对模型进行修正和优化，可以提高温控系统的准确性和稳定性，精确控制动力电池温度4-5。3.3合理控制充电温度在新能源汽车充电过程中，温控技术扮演着重要的角色。动力电池在充电过程中会产生热量，而高温会对动力电池性能和使用寿命造成负面影响。因此，要合理控制充电温度，确保充电设施具备相应的温控能力，以将动力电池温度保持在合适的范围。同时，过高的充电温度会导致电池内部的化学反应速率加快，容量衰减加剧，而过低的充电温度会影响充电效率和电池的放电能力。因此，充电设施需要具备实时监测电池温度的能力，并能够根据实时数据进行温控策略调整。此外，要通过合理的散热设计和温控策略保持充电过程中温度的均匀性，不能使电池组中的每个单体电池之间的温度差异过大，以免出现单体电池性能不均衡和使用寿命存在差异的情况。3.4提升充电设施温控能力为了满足动力电池充电过程中的温控需求，充电设施需要具备相应的温控能力。第一，充电设施需要具备温度监测和反馈功能，通过传感器等设备实时监测动力电池温度，并将数据反馈给充电设施的控制系统，以便实现对温度的精确控制，提升温控系统的性能。第二，充电设施的温控系统应具备灵活性和可调性，能够针对不同类型的动力电池采取不同的温控策略，以使动力电池满足不同的充电需求，并能够根据实际情况进行灵活调整。第三，要注重充电设施的散热设计，通过合理的散热系统设计和散热材料选择提升散热效率和降低系统温度，从而提高充电效率。4 结束语优化新能源汽车动力电池温控技术在推动新能源汽车的发展和普及方面具有重要的意义，能够提高动力电池的性能，延长使用寿命，提升充电效率和安全性，从而促进新能源汽车的可持续发展。因此，要优化充电设施，合理控制充电温度，为用户提供高效、可靠、智能化的充电服务，并提升用户的充电体验和满意度。通过对新能源汽车动力电池温控技术进行优化，可以使充电过程更加安全、便捷，进一步推动新能源汽车的普及和发展。未来，随着动力电池温控技术的不断进步和创新，新能源汽车动力电池将迎来更加广阔的发展前景，从而推动清洁、低碳出行方式的发展。参考文献：1 张磊.新能源汽车电池核心技术故障诊断与排除策略探析 J .时代汽车,2 0 2 3(9):1 0 2-1 0 4.2 谢振,张江红,熊俊.新能源汽车锂离子动力电池系统关键技术研究 J .有色金属工程,2 0 2 2(1 0):1 5 8.3 杨晓峰,阮喻,刘宝伟.新能源汽车电池安全事故对军事新能源器材发展的启示 J .船电技术,2 0 2 3(3):2 0-2 2.4 “渗镧”可有效地提升新能源汽车电池的续航能力 J .电子产品可靠性与环境试验,2 0 2 3(1):4.5 武卫民.新能源汽车电池检测及维护方法分析 J .内燃机与配件,2 0 2 2(2 3):8 5-8 7.