新能源汽車電池熱管理技術研究

宋濤

摘 ?要：隨著環境和能源問題的日益嚴重，各國汽車廠商都將目光聚焦于新能源汽車。近年來，純電動汽車在我國發展迅速。電池組是純電動汽車中唯一的動力源，其性能、續航里程和安全性與電池組溫度有關。因此，研究純電動汽車電池熱管理技術具有重要意義。本文就新能源汽車電池熱管理技術進行研究分析。

關鍵詞：新能源;汽車;電池散熱

鋰離子電池熱管理的要求是根據鋰離子電池發熱機理，合理設計電池包結構，選擇合適的熱管理方式，合理設計熱管理策略，保證電池包內各個單電池工作在合理溫度范圍內的同時盡量維持包內各個電池及電池模塊間的溫度均勻性。

1電池管理系統概述

在當今石油能源急劇短缺，環境污染日趨嚴重的客觀情況下，新能源汽車得到了快速發展。據我國汽車工業協會數據顯示2017年1-9月份新能源汽車產銷量分別完成42.2萬輛和39.8萬輛，同比去年增長40.2%和37.7%，其中純新能源汽車產銷分別完成34.8萬輛和32.5萬輛，比去年同期分別增長51.6%和50.1%。從以上數據分析可以看出新能源汽車尤其是純新能源汽車已成為未來汽車的發展趨勢。因此電池管理系統（Battery Management System，以下簡稱BMS）作為核心的技術發揮著舉足輕重的作用。

2 BMS的主要功能

新能源汽車動力電池包是新能源汽車的核心部件，為整車提供驅動電能，目前新能源汽車常用的動力電池主要有鉛酸電池、氫鎳電池和鋰離子電池。BMS與動力電池密切相關，不論車輛是在充電還是在正常運行使用，BMS都需要準確可靠的完成對各單體電池的電流、電壓、溫度等狀態進行實時檢測和診斷。電池管理系統的基本功能主要包括電池狀態數據的采集、電池狀態監測、各電池組電量的均衡管理、熱管理、安全保護等，總體來說可分為檢測、管理和保護三大部分。

3 BMS的關鍵技術

目前國內外對BMS進行了大量的研究，并取得了一系列的成功。本文就目前新能源汽車BMS在SOC精準評估、電池的均衡管理以及電池的熱管理系統中所應用的關鍵技術進行詳細的分析。

3.1BMS的SOC評估方法

SOC即電池剩余電量，目前，國內外在SOC評估方面已經做了大量的研究，主要包括安時積分法、內阻法、線性模型法、開路電壓法、神經網絡法、卡爾曼濾波法等，其中安時積分法是最常用的一種估算方法。若設定電池的初始SOC值為SOC0，那么當前SOC值為：

其中SOC0為初始值，Ct為電池的額定容量，為不同狀態的系數，i為放電電流。在使用安時積分法進行SOC評估時若電流測量不準，將造成SOC計算誤差，長期積累，誤差便越來越大，因此安時積分法通常與其它方法合并使用。

安時積分法可用于各種新能源汽車電池SOC的估算。如若電池的放電電流測量準確，并有豐富的起始狀態數據，該種方法便是一種極為簡單且可靠的估計方法。

3.2BMS的均衡管理

BMS的均衡管理是指防止動力電池組各單體電池電壓、電量等參數的不一致性。目前電池的均衡管理技術主要包括被動均衡和主動均衡兩大類，雖然主、被動均衡的作用都是為了消除各單體電池的不一致，兩者的實現原理具有很大的差別。

3.2.1 被動均衡

被動均衡原理是依據電池的電量和電壓呈正比關系，根據單串電池電壓數據，將高電壓的電池能量通過電阻放電以達到與低電壓電池的電量保持相等的狀態。

被動均衡的主要目的就是將高電量電池中的能量通過電阻變成熱量消耗掉。該種均衡方式電池的電能使用效率較低，同時還存在散熱不良等一系列弊端。

3.2.2 主動均衡

因被動均衡的局限性，隨后又提出了主動均衡的概念，并快速發展起來。主動均衡的原理與被動均衡截然相反，它不是將電池的能量以熱量的形式耗散掉，而是將高能量電池中的能量通過“轉移”到低能量電池中。主動均衡的優點是損耗少、效率高，占比小、見效快但是結構復雜，因均衡電流較大還有可能對動力電池組造成不可修復的損傷。從以上分析可以看出，被動均衡和主動均衡各有利弊。一般被動均衡適合于小容量、低串數的鋰電池組應用，主動均衡適合于高串數、大容量的動力型鋰電池組應用。

3.3 BMS 的熱管理系統

BMS 熱管理系統是用來確保電池組在適宜溫度范圍的整套系統中工作，主要功能有：準確測量和監控電池溫度;有效的散熱和通風;低溫使用條件下的快速加熱等。新能源汽車BMS 的熱管理系統主要的關鍵技術有：

（1）確定電池最優工作溫度范圍。無論在何種情況下，其工作溫度始終保持在最優的工作溫度范圍之內。以確保動力電池達到最佳的使用性能。

（2）電池熱場計算及溫度預測?？赏ㄟ^數學模型計算電池內部的溫度場，預測電池的熱行為。

（3）傳熱介質選擇. 傳熱介質的選擇對熱管理系統的性能有很大影響，現有新能源汽車利用空氣作為冷卻介質，該種冷卻方法更加簡單方便。

（4）采用并行通風散熱結構設計。采用并行通風方式，使空氣流量在各電池模塊間均勻分布，防止電池箱內各電池模塊之間的溫度差異。

（5）風機與測溫點選擇。利用實驗、理論計算和流體力學（CFD）的方法通過估計壓降、流量來估計風機的功率消耗，同時利用有限元分析得到數量較少位置恰當的測溫點，以提高效率減少制造成本。

4 結束語

作為新能源汽車的核心——動力電池系統的管理技術，在很多功能方面仍存在不足。在新能源汽車蓬勃發展的當下，可以通過大量數據和技術的積累、硬件設計以及提高軟件的自適應性和實現低功耗設計對BMS 的功能進行不斷完善。從本質上消除預測精度的影響，提高新能源汽車電池管理系統的功能，對增加續航里程延長使用壽命有一定的意義。

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