基于新能源汽車鋰電池控制系統的發展與研究

劉一波

摘 要：新能源汽車的發展主要以電能和太陽能等清潔能源為驅動力，又以電能為主要研究方向，針對實際生活中能源短缺、且燃油車輛釋放碳、硫化合物污染空氣造成溫室效應等問題，研究了以鋰電池為驅動力的控制系統，發揮清潔無污染、熱傳遞啟動迅速的優點，控制傳熱、散熱，保證安全駕駛。本文主要針對鋰電池的發展趨勢，闡述了鋰電池的傳熱、散熱基本原理，對本學科的研究和其他行業發展具有一定指導借鑒意義。

關鍵詞：鋰電池;傳熱;控制系統;應用

Abstract：The development of new energy vehicles is mainly driven by clean energy such as electric energy and solar energy，and the main research direction is electric energy.Aiming at the problems of energy shortage in real life，and the greenhouse effect caused by the emission of carbon and sulfur compounds from fuel vehicles，the control system driven by lithium battery is studied，which gives full play to the advantages of clean，pollution-free，rapid start of heat transfer and control Heat transfer，heat dissipation，ensure safe driving.This paper mainly focuses on the development trend of lithium battery，describes the basic principles of heat transfer and heat dissipation of lithium battery，which has certain guiding significance for the research of this subject and the development of other industries.

Key words：Lithium battery;heat transfer;control system;application

1 緒論

汽車、輪船、飛機等重工業燃燒汽油已經形成了一個不可更改的定律，但是，能源是有一定限制的，千百年來經過反復的沉淀堆積，隨著世界各地的動物演化、自然變化，終于能源進入視野，但是，隨著經濟發展，燃燒汽油不僅造成能源大量消耗而且還產生一定的溫室效應。習主席提出既要金山銀山也要綠水青山，因此尋求新能源代替燃油已經成為全球應對溫室效應的首要任務。在這種情況下電能和太陽能進入人們的視野中，又以電能為主，石油是不可再生能源，且全球儲量集中在中東地區和俄羅斯，容易受到地緣政治和大國干預，而電能是可再生能源，同時清潔無污染。現今的新能源汽車大致可以分為兩大類，其一，是混合動力型，也就是燃油和電池并用;其二，是電能、電池等的供應電源，鋰電池具有極高的釋放熱量、傳輸熱量的性能，并且穩定性良好，電壓平穩，閑置一段時間不會對材料本身產生很大影響等優點，在鋰電池材料中又以磷酸鋰電池為主要發展對象，但因國外對技術進行封鎖，存在一定的技術壁壘，短期很難突破，但是鋰電池已經成為發展的重點，在傳熱、導熱的過程中由于內部封閉，多余的能量轉換來的熱量無法消散，會對周圍的線路和傳熱、散熱裝置產生影響，嚴重的會產生系統故障，危及駕駛員及車內人員生命，因此控制系統顯得尤為重要，控制系統主要是負責提供動力輸出，保證車輛在安全可控的范圍內行使，同時檢測系統傳熱和散熱參數，保證線路和電池的裝置安全[1]。

2 鋰電池控制系統

2.1 鋰電池熱效應產生原理

鋰電池之所以作為新能源汽車驅動裝置，在于采用了兩個相互嵌入的鋰離子化合物作為電源導電的正負極而形成的二次型電池。當鋰離子在電場的作用下，他們就會按照一定規則移動，正電荷往單側移動，負電荷往另一側移動，形成電勢差，從而實現充放電過程。現在大部分鋰電池都采用二氧化鋰這種材料作為反應器，在充電過程，二氧化鋰這種材料會在高電壓的作用下進行化學反應，釋放出鋰離子，鋰離子在電場作用下，經過一定規則移動會嵌入到負電荷一側，再一次形成碳-鋰化合物;放電時，原理大致一樣，位于負極的化合物在高電壓下，會進行化學反應，產生鋰離子，鋰離子在電場的作用下，按照一定規則移動，一部分移動到正極形成新的碳-鋰化合物，這樣不斷地進行化學反應-分離-結合，就形成了正負電荷的電勢差，工作特性如圖1所示，同時也就產生了電流，化學反應公式如下：

2.2 鋰電池熱效應傳熱機理

在新能源汽車以鋰電池作為驅動力過程中，產生熱量是基本，傳導熱量是核心。都知道傳導熱量時不僅要對傳熱裝備有很高的的要求，而且還要做好保護，因為能量不會無緣產生，也不會無緣消失，它會通過另一種形式來表現出來，而且也不會把百分百的熱量都傳輸到需要的裝備上，因此在這個過程中會有大量的熱量散失到周圍的線路上，這種現象我們稱之為傳熱。它主要包含3部分，其一，熱傳遞，其二，換熱器，其三，熱輻射。分別對這三種現象進行分析[2]。

熱傳遞：實際上是把熱量從一個物體上傳導到另一個物體上，是我們通過手可以感知出來的一現象，當鋰材料受到電壓壓迫時，會產生化學反應，釋放出鋰離子，它在電場溫度的作用下，在一定范圍內進行規則運動，由高到低，當再次形成化合物時也就是熱傳遞的過程。

換熱器：實際上以液體（通常為水）為介質進行熱量傳播的過程，它的熱傳導機理就是流體在流動過程中，把高熱量的物體，通過換熱器里面的冷液體進行熱傳導，這樣，冷物體在接觸高熱量物體時就會中和熱量，實現熱量的傳遞。

熱輻射：它是一種不需要中間介質就能夠實現能量傳輸的熱傳導現象。好比太陽光的輻射，我們在任何角落，不需要任何物質，就可以吸收太陽的輻射，或者任何一個大于0攝氏度的物體都具有吸收熱量的能力，在地心引力地磁和電磁的影響下，會傳導其他物體獲得能量。

2.3 鋰電池控制系統

我們都知道鋰電池是新能源汽車的主要發展方向，在目前的技術領域我們注重研究鋰電池的生熱、傳熱功能，同時也要對電路進行應有的保護，因此在這個前提下就要進行一個簡單的設計，以保證駕駛員的安全。我們都知道在實際生活中我們要對物體進行散熱，一般都會采取冷卻的效果或者通風機組進行散熱。在這里提供兩種常見的方案以供選擇[3]。

方案一：在鋰電池周圍安裝冷卻液管道，就好比換熱器一樣，這樣散出的多余的熱量就會被冷卻液管道進行冷卻，已達到我們降溫的效果。

方案二：在實際生活中，我們通常會用通風機組對內部多余的熱量進行散熱，一方面是通風機組風力大，可以達到我們的要求，另一個方面散出的熱量可以很短的時間內就被釋放到大氣中，不會對周圍的線路產生很大的影響，但是，有一個前提，如果鋰電池擺放過于集中不利于內部空間散熱，我們可以把鋰電池進行樓梯或者斜坡方式擺放，相互之間的空隙變小，這樣利于散熱，如圖2所示：

3 結語

本文主要是通過新能源汽車鋰電池的發展現狀和鋰電池控制系統，以及產生熱量、傳遞熱量進行了簡要的分析概述，因為新能源汽車在現有材料中鋰電池是一種很好的發展前景，它具有生熱、傳熱快，清潔等特點，同時它對充放電過程有極高的要求，這就為我們現在研究鋰電池的行駛安全提出了更高要求—散熱如何處理，本文主要是以方便快捷、節省能源消耗等方面進行了簡要分析，具體情況還要進一步論證。我相信，通過大量學者的不斷努力，一定可以實現，并具有重要的實用價值和借鑒意義。

參考文獻：

[1]鄭香偉.新能源汽車動力電池應用現狀及發展趨勢[J].內蒙古科技與經濟，2016，01（7）：26-27.

[2]康海鵬.鋰電池動力電池生熱特性分析及其選配[D].吉林大學，2014.

[3]董超.電動汽車鋰電池管理系統的研究和設計[D].青島大學，2012.