基于新能源汽车锂电池控制系统的发展与研究

刘一波

摘 要：新能源汽车的发展主要以电能和太阳能等清洁能源为驱动力，又以电能为主要研究方向，针对实际生活中能源短缺、且燃油车辆释放碳、硫化合物污染空气造成温室效应等问题，研究了以锂电池为驱动力的控制系统，发挥清洁无污染、热传递启动迅速的优点，控制传热、散热，保证安全驾驶。本文主要针对锂电池的发展趋势，阐述了锂电池的传热、散热基本原理，对本学科的研究和其他行业发展具有一定指导借鉴意义。

关键词：锂电池;传热;控制系统;应用

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 緒论

汽车、轮船、飞机等重工业燃烧汽油已经形成了一个不可更改的定律，但是，能源是有一定限制的，千百年来经过反复的沉淀堆积，随着世界各地的动物演化、自然变化，终于能源进入视野，但是，随着经济发展，燃烧汽油不仅造成能源大量消耗而且还产生一定的温室效应。习主席提出既要金山银山也要绿水青山，因此寻求新能源代替燃油已经成为全球应对温室效应的首要任务。在这种情况下电能和太阳能进入人们的视野中，又以电能为主，石油是不可再生能源，且全球储量集中在中东地区和俄罗斯，容易受到地缘政治和大国干预，而电能是可再生能源，同时清洁无污染。现今的新能源汽车大致可以分为两大类，其一，是混合动力型，也就是燃油和电池并用;其二，是电能、电池等的供应电源，锂电池具有极高的释放热量、传输热量的性能，并且稳定性良好，电压平稳，闲置一段时间不会对材料本身产生很大影响等优点，在锂电池材料中又以磷酸锂电池为主要发展对象，但因国外对技术进行封锁，存在一定的技术壁垒，短期很难突破，但是锂电池已经成为发展的重点，在传热、导热的过程中由于内部封闭，多余的能量转换来的热量无法消散，会对周围的线路和传热、散热装置产生影响，严重的会产生系统故障，危及驾驶员及车内人员生命，因此控制系统显得尤为重要，控制系统主要是负责提供动力输出，保证车辆在安全可控的范围内行使，同时检测系统传热和散热参数，保证线路和电池的装置安全[1]。

2 锂电池控制系统

2.1 锂电池热效应产生原理

锂电池之所以作为新能源汽车驱动装置，在于采用了两个相互嵌入的锂离子化合物作为电源导电的正负极而形成的二次型电池。当锂离子在电场的作用下，他们就会按照一定规则移动，正电荷往单侧移动，负电荷往另一侧移动，形成电势差，从而实现充放电过程。现在大部分锂电池都采用二氧化锂这种材料作为反应器，在充电过程，二氧化锂这种材料会在高电压的作用下进行化学反应，释放出锂离子，锂离子在电场作用下，经过一定规则移动会嵌入到负电荷一侧，再一次形成碳-锂化合物;放电时，原理大致一样，位于负极的化合物在高电压下，会进行化学反应，产生锂离子，锂离子在电场的作用下，按照一定规则移动，一部分移动到正极形成新的碳-锂化合物，这样不断地进行化学反应-分离-结合，就形成了正负电荷的电势差，工作特性如图1所示，同时也就产生了电流，化学反应公式如下：

2.2 锂电池热效应传热机理

在新能源汽车以锂电池作为驱动力过程中，产生热量是基本，传导热量是核心。都知道传导热量时不仅要对传热装备有很高的的要求，而且还要做好保护，因为能量不会无缘产生，也不会无缘消失，它会通过另一种形式来表现出来，而且也不会把百分百的热量都传输到需要的装备上，因此在这个过程中会有大量的热量散失到周围的线路上，这种现象我们称之为传热。它主要包含3部分，其一，热传递，其二，换热器，其三，热辐射。分别对这三种现象进行分析[2]。

热传递：实际上是把热量从一个物体上传导到另一个物体上，是我们通过手可以感知出来的一现象，当锂材料受到电压压迫时，会产生化学反应，释放出锂离子，它在电场温度的作用下，在一定范围内进行规则运动，由高到低，当再次形成化合物时也就是热传递的过程。

换热器：实际上以液体（通常为水）为介质进行热量传播的过程，它的热传导机理就是流体在流动过程中，把高热量的物体，通过换热器里面的冷液体进行热传导，这样，冷物体在接触高热量物体时就会中和热量，实现热量的传递。

热辐射：它是一种不需要中间介质就能够实现能量传输的热传导现象。好比太阳光的辐射，我们在任何角落，不需要任何物质，就可以吸收太阳的辐射，或者任何一个大于0摄氏度的物体都具有吸收热量的能力，在地心引力地磁和电磁的影响下，会传导其他物体获得能量。

2.3 锂电池控制系统

我们都知道锂电池是新能源汽车的主要发展方向，在目前的技术领域我们注重研究锂电池的生热、传热功能，同时也要对电路进行应有的保护，因此在这个前提下就要进行一个简单的设计，以保证驾驶员的安全。我们都知道在实际生活中我们要对物体进行散热，一般都会采取冷却的效果或者通风机组进行散热。在这里提供两种常见的方案以供选择[3]。

方案一：在锂电池周围安装冷却液管道，就好比换热器一样，这样散出的多余的热量就会被冷却液管道进行冷却，已达到我们降温的效果。

方案二：在实际生活中，我们通常会用通风机组对内部多余的热量进行散热，一方面是通风机组风力大，可以达到我们的要求，另一个方面散出的热量可以很短的时间内就被释放到大气中，不会对周围的线路产生很大的影响，但是，有一个前提，如果锂电池摆放过于集中不利于内部空间散热，我们可以把鋰电池进行楼梯或者斜坡方式摆放，相互之间的空隙变小，这样利于散热，如图2所示：

3 结语

本文主要是通过新能源汽车锂电池的发展现状和锂电池控制系统，以及产生热量、传递热量进行了简要的分析概述，因为新能源汽车在现有材料中锂电池是一种很好的发展前景，它具有生热、传热快，清洁等特点，同时它对充放电过程有极高的要求，这就为我们现在研究锂电池的行驶安全提出了更高要求—散热如何处理，本文主要是以方便快捷、节省能源消耗等方面进行了简要分析，具体情况还要进一步论证。我相信，通过大量学者的不断努力，一定可以实现，并具有重要的实用价值和借鉴意义。

参考文献：

[1]郑香伟.新能源汽车动力电池应用现状及发展趋势[J].内蒙古科技与经济，2016，01（7）：26-27.

[2]康海鹏.锂电池动力电池生热特性分析及其选配[D].吉林大学，2014.

[3]董超.电动汽车锂电池管理系统的研究和设计[D].青岛大学，2012.