摘要：在社會發展水平不斷提升的背景下，人民群眾的物質生活得以快速提升，新能源汽車作為基礎出行工具得到廣大群眾的青睞， 給我國的新能源行業以及汽車行業帶來全新的發展機遇。電池組作為決定新能源汽車性能以及續航能力水平的重要保障，對于電池組可靠性、安全性的研究工作是當下課題研究的關鍵部分。本文開展的新能源汽車動力電池冷卻技術研究工作，推動新能源汽車的可持續健康發展。

　　關鍵詞：新能源汽車 動力電池 冷卻技術

　　圖源：中國科學院理化技術研究所

　　能源緊缺一直是各個行業所面臨的最大困境，石油作為傳統工業化行業的主要能源，在生產與生活中起到了極為重要的價值作用。汽車的動力能源是石油產品，但隨著汽車保有量的逐步提升，對于原油的需求量逐步提升，加之能源緊缺問題的存在，給汽車行業未來發展帶來影響。新能源汽車研發降低汽車行業對于傳統能源的依賴水平，利用電力能源來取代傳統的燃油能源，與此同時利用其他可再生的資源可妥善解決汽車尾氣的排放問題，降低對于不可再生資源的利用率，有效解決我國的能源使用危機，推動國家經濟的可持續發展進程。 新能源汽車是以電力驅動的新型能源汽車，電池裝置在長時間的驅動狀態下，電能與熱能比例將會出現負增長情況，一旦電池熱能產生量高于熱能輸出量時，將會加劇電力能源的損耗程度，大大縮減電池裝置的使用壽命。為推動新能源汽車行業的進一步發展，各大汽車企業需要提升對動力電池的開發與優化水平，應用電池冷卻技術及時分散電池裝置，有效延長電池的生命周期，為汽車企業創造更多的經濟利潤。

　　1 新能源汽車概述

　　現如今的新能源汽車類型主要可分為純電以及混電2種，其整體結構主要是由 SV電池、充電器以及充電接口等部分構成，汽車動力源主要是常規燃料以及非常規燃料，借助全新的動力措施以及應用動力控制驅動技術 來發動機車。在電力開發水平不斷提升的背景下，國家愈發重視對電力資源的綜合開發利用，這給新能源汽車的開發利用帶來全新的發展機遇。從整體層面來看新能源汽車的動力源泉主要是電池組，將單體電池串聯到一 起便是汽車中的電池結構，為汽車運動提供動力。在電池組供電過程中將會產生熱能，在合理范圍內并不會影響電池的工作狀態，若電池熱能產生量遠遠高于熱能輸出量時，將會導致故障問題的發生，不僅會影響汽車運行的整體動力，也會給新能源汽車的安全運行帶來隱憂。

　　圖源：中國科學院理化技術研究所

　　2 新能源汽車電池

　　2.1 鋰離子電池

　　鋰離子電池本身具備極高的能量密度以及電壓，在 具體應用過程中也具備電池重量輕、污染程度低的應用優勢，鋰離子電池應用壽命要遠遠長于其他類型電池， 在我國新能源汽車行業中有著良好的發展場景，適用于 節能環保行業的發展。

　　2.2 鎳氫電池

　　鎳氫電池本身屬于堿性電池，其具備使用壽命長、 整體放電功率高的優勢，但鎳氫電池的記憶效應低下多， 帶來的電池制造成本相對較高，因此主要應用在電動工具內，在不久的將來會全面普及到汽車領域當中。

　　2.3 鉛酸蓄電池

　　鉛酸蓄電池的體積重量雖然比較大，但是整體能夠 釋放的能量相對較低，使用壽命也相對較短，在具體生 產過程中所應用的原材料成本并不高，其穩定性也相對優良因此能夠再次回收利用。現階段廣泛應用在電動三 輪車、自行車此類的池能源中，在能源市場上的占有率最高。

　　2.4 燃料電池

　　燃料電池具備有害氣體排放量低、噪聲污染小的優勢，在新能源汽車領域擁有廣泛的發展空間。燃料電池的工作原理是將化學能轉化成為電能。但我國燃料電池技術水平以及基礎配套設施相較于發達國家仍舊有所差異，為此我國需要加大對動力電池的研究水平，確保燃料電池能夠良好應用于新能源汽車中。

　　3 新能源汽車電池冷卻系統

　　新能源汽車的冷卻系統主要是由動力系統冷卻以及供電系統冷卻構成，其中動力系統冷卻是對于驅動電機、 控制器等各個關系部門進行冷卻，供電系統冷卻主要是對動力電池以及車載充電器進行冷卻。新能源汽車動力電池的間距對于整個電池組的工作溫度有著一定的影響，電池距離的增加也會提升電池組的工作溫度，而在電池組集中時期溫度分布情況相對均勻。新能源汽車的動力電池主要是由化學能轉換成為電能，再由電能轉換成為新能源汽車的動能，而在能量轉換過程中所產生的熱能無法及時釋放時，將會造成動力電池周邊溫度大幅度提升，對于鋰電池穩定性帶來影響。同時動力電池始終處于高溫狀態下，也會對電池的性能帶來影響，也會大大縮短電池的使用壽命。新能源汽車在應用電池冷卻系統的前提下，可確保電池組始終在適宜的環境下進行能量轉換，最大程度確保汽車的性能。為此電池冷卻系統可充分利用汽車電池組熱量管理模型對動力電池溫度妥善調節，在電池溫度相對較低時可為其提供熱量，而在電池溫度過高時可對其進行冷卻，確保動力電池始終處于最為良好的工作狀態，全面提升動力電池的工作性能。

　　圖源：中國科學院理化技術研究所

　　4 新能源汽車動力電池的冷卻技術分析

　　4.1 空氣冷卻電池技術

　　這一冷卻技術選擇空氣作為冷卻介質，借助對流熱交換原理來達到電池組降溫的目的。空氣冷卻電池技術本身具備維護成本低、制造成本低廉的應用特點，因此可以被廣泛應用于動力電池的保護裝置。同時空氣冷卻電池技術在應用過程中也存在受到空氣比熱容以及導熱系數性質的制約，為此空氣冷卻電池技術的電池組冷卻效率并不高。現階段主要應用冷卻空氣流動路徑為從底部流入、從頂部流出(如圖1所示)，這一流動路徑選擇是側方流入另一方流出冷卻效率的 2 倍。

　　圖1空氣流動路徑

　　圖源：中國科學院理化技術研究所

　　4.2 液體冷卻電池技術

　　這一冷卻技術具備比熱容系數高以及換熱系數高的 應用優勢，主要是利用液體介質實現對動力電池的溫度的有效降低。液體冷卻電池技術所應用的冷卻介質主要是液相物質，如乙二醇、水以及制冷劑等物質均可作為制冷劑來達到冷卻效果。液體冷卻電池技術根據接觸方法的不同可將其細化分為直接冷卻手段以及間接冷卻手段。直接冷卻手段試講電池模塊完全浸沒于絕緣冷卻液體當中，通過實現冷卻液體與電池組的直接性接觸達到 降溫目的。

　　間接冷卻手段則是在電池組的周邊設置冷卻盤管， 由冷卻液體在其中流動，借助對流傳熱以及制冷手段達到降低電池組工作溫度的目的。現階段常常應用的冷卻介質為新型電子冷卻介質 NOVEC 7000，所采取的熱流傳熱以及介質相變吸熱的冷卻方法可確保電池組的工作溫度始終維持在 35℃左右，以往所應用的乙二醇介質在多次循環下，電池組工作溫度將會逐步上升。因此新型電子冷卻介質 NOVEC 7000 在新能源汽車動力電池冷卻系統中有著良好的應用前景。

　　圖源：中國科學院理化技術研究所

　　4.3 熱管冷卻電池技術

　　這一冷卻技術主要是利用密封性良好的空心管設備進行冷卻，通過在空心管設備填充滿相變工質，在管兩端分別設置蒸發器以及冷凝器的方法繼而達到降溫作用。熱管冷卻電池技術的應用原理是利用蒸發器吸收充足熱量，將封閉狀態下空心管毛細芯內液體汽化后產生一定的氣壓，讓其逐步向冷凝器方向流動，氣體在經過冷凝器時會釋放熱量，氣體將會重新凝固成為液體繼續進行吸熱，依次循環往復的形式達到降低電池組溫度的目的。

　　圖源：中國科學院理化技術研究所

　　4.4 相變材料冷卻電池技術

　　這一冷卻技術主要發揮相變吸熱原理達到降低電池組的工作溫度的目的。相變材料本身具備無毒無害、熱穩定性優良、應用成本低的技術特點。熱管冷卻電池技術在具體應用過程中并不需要依靠任何通道設備或是電氣設備，可確保電池組整體溫度的均勻性，避免電池組出現具備熱點的情況，因此在應用環節中可確保電池組運行的安全性。

　　圖源：中國科學院理化技術研究所

　　5 新能源汽車鋰離子電池冷卻系統設計

　　5.1 風扇及蒸發器風冷的冷卻系統設計

　　這一冷卻系統主要是通過風扇以及蒸發器將溫度低的空氣引入動力箱的內部。在電池系統密封的前提下， 則需要利用蒸發器確保外界空氣不會進入箱體。空氣在風扇轉動的前提下，能按照預定的流速穿過模組以及電池外表面，將電池所產生的熱量傳遞到環境空氣。

　　基于這一冷卻系統進行箱體以及模組結構設計過程中，具體注意事項如下所示。

　　第一，在進行電池排布過程中，電池與電池之間需要空有一定的間隙，確保空氣能夠按照一定的流速快速穿過電池外表面。圓柱形以及方形的電池強度以及剛度系數相對較高，在具體排布過程中可停留一定的間隙，而軟包電池的剛度與剛度系數并不高，電池與電池之間需要增加導熱材料，確保將電池內部的熱量充分導出。

　　第二，在風冷系統設計環節中， 風道設計是極為關鍵所在。優良的風道設計不僅能提升散熱的均勻性，也能大大降低系統流動阻力。為此在風道設計過程中需要從結構簡單、成本性低、密封性良好以及空氣流通無阻礙等多方面綜合性考量。

　　第三，在蒸發器型號選擇方面，需要根據新能源汽車空調系統當中的壓縮機型號、制冷量、電池數量、箱體空間以及生產成本多方面進行綜合考量。

　　第四，在風扇選型方面，選用的風扇需要充分滿足預定標準的風量以及風壓，確保冷卻系統內部擁有充足的冷卻空氣流量以及預定值的流通速度，同時也要根據電池包結構空間的大小選擇風扇的尺寸、重量。此外也要充分考量風扇所提供的電壓、生產成本以及產生的噪音等因素。

　　5.2 液冷系統設計

　　現如今我國對于新能源汽車的性能要求逐步提升， 國家所下發的補貼政策也更加偏向于行駛里程長以及能量密度高的車輛，加之汽車行業對新能源汽車電池系統功率性能以及快充性能要求逐步提升的前提，要想充分 發揮電池的最佳應用性能，需要積極設計電池系統冷卻設計要求。液冷系統的運行原理是通過將液冷板內部冷卻液與電池表面接觸后，將產生的熱量帶到電池系統外部，繼而達到電池冷卻降溫的價值作用。

　　第一，冷卻液進出口接口類型選擇時，需要選用 國標通用接口類型，確保冷卻液進出接口與整個車輛的冷卻系統相匹配，大大降低新能源汽車的加工成本。

　　第二，在進行冷卻管型號選擇時，需要從冷卻管材料、 管徑型號大小，耐腐蝕性、所承受的工作壓力以及工 作溫度范圍等多個方面選擇最優的冷卻管材料。

　　第三， 液冷板類似于彎曲形式的水管，冷卻液能夠在液冷板內部流動，因此在液冷板選擇時所選用的材料是導熱效果優良的鋁材料。液冷板設計過程中需要與電池表面充分性接觸，充分發揮液冷板的導熱作用。電池與液冷板的表面的硬度系數相對較高，設計人員需要在液冷表面粘貼層導熱性優良、絕緣效果極佳的導熱墊。 同時設計人員需要根據電池種類的不同將液冷板設計成為不同的結構，如方形電池以及軟包電池下的液冷板需要設計成為板式結構，確保液冷板與電池的底部以及側面區域充分接觸，而圓柱形電池下的液冷板則需要設計成為彎曲帶狀結構，彎曲弧度尺寸的設計需要與電池外徑尺寸相匹配，在確保液冷板與電池表面無縫對接的前提下，達到導熱降溫的目的。

　　第四，冷卻液在整個液冷系統中起著極為重要的價值作用，在冷卻液選型階段，需要從傳熱能力、溫度適用范圍、 電絕緣性以及耐腐蝕等方面綜合性考量。

　　6 結語

　　在節能環保可持續發展戰略支持下，新能源汽車行 業迅猛性發展，致力于解決能源消耗以及環境污染等 各個方面的問題。現如今新能源汽車內的電池組電容量、電池模塊數量逐步提升，動力電池組所釋放的熱 量也大幅度提升。新能源汽車動力電池冷卻技術的應用，可進一步延長電池的使用壽命，有效確保電池組工作安全性。為此在進行新能源汽車動力電池冷卻系統設計過程中，需要靈活應用空氣冷卻電池技術、液體冷卻電池技術、熱管冷卻電池技術以及相變材料冷卻電池技術，重視動力電池熱管理問題，推動新能源汽車的可持續健康發展。

　　來源：研究與探索·工程技術與創新

　　作者：韓穎，周歡;重慶水利電力職業技術學院

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