新能源汽车电池热管理技术研究

宋涛

摘  要：随着环境和能源问题的日益严重，各国汽车厂商都将目光聚焦于新能源汽车。近年来，纯电动汽车在我国发展迅速。电池组是纯电动汽车中唯一的动力源，其性能、续航里程和安全性与电池组温度有关。因此，研究纯电动汽车电池热管理技术具有重要意义。本文就新能源汽车电池热管理技术进行研究分析。

关键词：新能源;汽车;电池散热

锂离子电池热管理的要求是根据锂离子电池发热机理，合理设计电池包结构，选择合适的热管理方式，合理设计热管理策略，保证电池包内各个单电池工作在合理温度范围内的同时尽量维持包内各个电池及电池模块间的温度均匀性。

1电池管理系统概述

在当今石油能源急剧短缺，环境污染日趋严重的客观情况下，新能源汽车得到了快速发展。据我国汽车工业协会数据显示2017年1-9月份新能源汽车产销量分别完成42.2万辆和39.8万辆，同比去年增长40.2%和37.7%，其中纯新能源汽车产销分别完成34.8万辆和32.5万辆，比去年同期分别增长51.6%和50.1%。从以上数据分析可以看出新能源汽车尤其是纯新能源汽车已成为未来汽车的发展趋势。因此电池管理系统（Battery Management System，以下简称BMS）作为核心的技术发挥着举足轻重的作用。

2 BMS的主要功能

新能源汽车动力电池包是新能源汽车的核心部件，为整车提供驱动电能，目前新能源汽车常用的动力电池主要有铅酸电池、氢镍电池和锂离子电池。BMS与动力电池密切相关，不论车辆是在充电还是在正常运行使用，BMS都需要准确可靠的完成对各单体电池的电流、电压、温度等状态进行实时检测和诊断。电池管理系统的基本功能主要包括电池状态数据的采集、电池状态监测、各电池组电量的均衡管理、热管理、安全保护等，总体来说可分为检测、管理和保护三大部分。

3 BMS的关键技术

目前国内外对BMS进行了大量的研究，并取得了一系列的成功。本文就目前新能源汽车BMS在SOC精准评估、电池的均衡管理以及电池的热管理系统中所应用的关键技术进行详细的分析。

3.1BMS的SOC评估方法

SOC即电池剩余电量，目前，国内外在SOC评估方面已经做了大量的研究，主要包括安时积分法、内阻法、线性模型法、开路电压法、神经网络法、卡尔曼滤波法等，其中安时积分法是最常用的一种估算方法。若设定电池的初始SOC值为SOC0，那么当前SOC值为：

其中SOC0为初始值，Ct为电池的额定容量，为不同状态的系数，i为放电电流。在使用安时积分法进行SOC评估时若电流测量不准，将造成SOC计算误差，长期积累，误差便越来越大，因此安时积分法通常与其它方法合并使用。

安时积分法可用于各种新能源汽车电池SOC的估算。如若电池的放电电流测量准确，并有丰富的起始状态数据，该种方法便是一种极为简单且可靠的估计方法。

3.2BMS的均衡管理

BMS的均衡管理是指防止动力电池组各单体电池电压、电量等参数的不一致性。目前电池的均衡管理技术主要包括被动均衡和主动均衡两大类，虽然主、被动均衡的作用都是为了消除各单体电池的不一致，两者的实现原理具有很大的差别。

3.2.1 被动均衡

被动均衡原理是依据电池的电量和电压呈正比关系，根据单串电池电压数据，将高电压的电池能量通过电阻放电以达到与低电压电池的电量保持相等的状态。

被动均衡的主要目的就是将高电量电池中的能量通过电阻变成热量消耗掉。该种均衡方式电池的电能使用效率较低，同时还存在散热不良等一系列弊端。

3.2.2 主动均衡

因被动均衡的局限性，随后又提出了主动均衡的概念，并快速发展起来。主动均衡的原理与被动均衡截然相反，它不是将电池的能量以热量的形式耗散掉，而是将高能量电池中的能量通过“转移”到低能量电池中。主动均衡的优点是损耗少、效率高，占比小、见效快但是结构复杂，因均衡电流较大还有可能对动力电池组造成不可修复的损伤。从以上分析可以看出，被动均衡和主动均衡各有利弊。一般被动均衡适合于小容量、低串数的锂电池组应用，主动均衡适合于高串数、大容量的动力型锂电池组应用。

3.3 BMS 的热管理系统

BMS 热管理系统是用来确保电池组在适宜温度范围的整套系统中工作，主要功能有：准确测量和监控电池温度;有效的散热和通风;低温使用条件下的快速加热等。新能源汽车BMS 的热管理系统主要的关键技术有：

（1）确定电池最优工作温度范围。无论在何种情况下，其工作温度始终保持在最优的工作温度范围之内。以确保动力电池达到最佳的使用性能。

（2）电池热场计算及温度预测。可通过数学模型计算电池内部的温度场，预测电池的热行為。

（3）传热介质选择. 传热介质的选择对热管理系统的性能有很大影响，现有新能源汽车利用空气作为冷却介质，该种冷却方法更加简单方便。

（4）采用并行通风散热结构设计。采用并行通风方式，使空气流量在各电池模块间均匀分布，防止电池箱内各电池模块之间的温度差异。

（5）风机与测温点选择。利用实验、理论计算和流体力学（CFD）的方法通过估计压降、流量来估计风机的功率消耗，同时利用有限元分析得到数量较少位置恰当的测温点，以提高效率减少制造成本。

4 结束语

作为新能源汽车的核心——动力电池系统的管理技术，在很多功能方面仍存在不足。在新能源汽车蓬勃发展的当下，可以通过大量数据和技术的积累、硬件设计以及提高软件的自适应性和实现低功耗设计对BMS 的功能进行不断完善。从本质上消除预测精度的影响，提高新能源汽车电池管理系统的功能，对增加续航里程延长使用寿命有一定的意义。

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