ups電源電池單體在使用時(shí)并無過高要求，也不涉及電池間的均一性等問題，進(jìn)行簡(jiǎn)單的狀態(tài)監(jiān)控即可正常使用。而在ups電源電池組涉及許多個(gè)單體電池的協(xié)同工作時(shí)，使用條件則變得很苛刻。究其原因，主要是同一品牌、同一規(guī)格的電池組內(nèi)，各單體的電壓、內(nèi)阻、容量和溫度等性能參數(shù)有差異。例如有的電池單體內(nèi)阻較大，有的較小，有的電池在放電過程中電壓下降較快，有的下降則較慢。在充放電的過程中，各單體電池的運(yùn)行電壓會(huì)有較大波動(dòng)，從而導(dǎo)致整個(gè)電池組的工作電壓不斷波動(dòng)，影響電池組整體電壓的穩(wěn)定性。在這種狀態(tài)下工作的ups電源電池組內(nèi)電池的使用壽命會(huì)進(jìn)一步縮短，并且會(huì)影響新能源汽車的整體性能。運(yùn)行工況較復(fù)雜時(shí)，部分電池可能會(huì)因超出合理的溫度范圍而導(dǎo)致電池著火、爆炸等一系列危險(xiǎn)事故。

ups電源電池模塊排列緊密，很容易引起電池組內(nèi)熱量的堆積，造成其溫度超出最佳工作溫度區(qū)間，嚴(yán)重影響電池的性能，甚至?xí)苯訉?dǎo)致電池的報(bào)廢。此外，處于不同位置的電池單體對(duì)散熱條件的要求不盡相同，若不能采取合理的散熱結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行熱管理，則會(huì)導(dǎo)致電池組不同單體之間的溫度有所差異。若差異過大，則高溫處的電池相比于低溫處更易老化，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池組內(nèi)部各單體性能差異逐步加大，一致性受到較大破壞，最終會(huì)因高溫區(qū)域電池壽命的縮短而導(dǎo)致電池組整體性能的下降以及使用壽命的縮短。因此，為了保證電池組的使用壽命和安全性要求，必須將電池組內(nèi)各個(gè)電池單體的溫度和各單體間的溫度差異控制在一個(gè)合理的溫度范圍之內(nèi)，而這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)離不開設(shè)計(jì)良好、行之有效的熱管理系統(tǒng)。

ups電源電池?zé)峁芾戆ㄉ峁芾砗图訜峁芾韮蓚€(gè)方面。在保證電池組處于合理工作溫度范圍之內(nèi)的同時(shí)，也需要均衡電池箱內(nèi)各點(diǎn)的溫度，保持各單體電池的溫度一致，防止因溫度差異過大而造成電池組整體性能的下降。散熱管理最直接的目的是防止電池組的溫度過高，即抑制電池組的最大溫升；而加熱管理主要是為防止電池組在充電過程中因?yàn)闇囟冗^低而產(chǎn)生的充電緩慢、容量大幅衰減等負(fù)面影響。而低溫對(duì)電池放電階段則影響不大。通過對(duì)大量電池工況數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)電池組在放電過程中常常會(huì)因散熱不及時(shí)而造成高溫的情況。ups電源電池的溫度區(qū)間如圖2-4所示。

國(guó)內(nèi)ups電源根據(jù)研究電池種類和形狀的不同，提出了各種各樣的設(shè)計(jì)方案，究其原理，主要為風(fēng)冷、液冷、相變冷卻和熱管冷卻四種方式。其中，風(fēng)冷經(jīng)濟(jì)成本最低；液冷除了需要盛放冷卻介質(zhì)的空間，還需額外的循環(huán)系統(tǒng)，相變冷卻和熱管冷卻的方法則較為昂貴。ups電源強(qiáng)迫空氣對(duì)流冷卻法是一種“物美價(jià)廉”的冷卻方法，如果電池模塊周圍空間允許，都會(huì)安裝局部散熱器或風(fēng)扇，還會(huì)利用輔助的或汽車自帶的蒸發(fā)器來提供冷風(fēng)。該方法對(duì)電池的封裝設(shè)計(jì)要求有所降低，可用于較為復(fù)雜的系統(tǒng)，電池在車上的位置也不再受限制，從而不影響新能源汽車的通過性。Nissan的鋁合金薄膜電池就是采用該方法，進(jìn)行圓筒形設(shè)計(jì)并使用風(fēng)扇冷卻。ups電源電池的風(fēng)冷方法如圖2-5所示。

ups電源常用的是與模塊直接接觸的液體(如礦物油)，其傳熱系數(shù)比空氣高得多，且液體邊界層更薄，有更高的熱導(dǎo)率。但由于油的黏度較高，需要較高的泵功率，所以通常使用時(shí)流率都不高，因此綜合分析結(jié)果，油的熱導(dǎo)率通常只比空氣高1.5～3倍；而非直接接觸式液體，如水或乙二醇水溶液，黏度比大多數(shù)油低，熱導(dǎo)率比油高，因此有較高的傳熱系數(shù)。電解流體不僅能顯著降低電池過高的溫度，還可以使電池模塊溫度分布比較均勻，使得發(fā)出的熱以潛熱的形式儲(chǔ)存起來，在充電或很冷的環(huán)境下工作時(shí)釋放出來，是最有效的散熱方式之一。

液體冷卻系統(tǒng)主要有被動(dòng)式液體冷卻系統(tǒng)和主動(dòng)式液體冷卻系統(tǒng)。但是液冷方式也有其缺點(diǎn)和不足。主要缺點(diǎn)：采用液冷之后電池組系統(tǒng)的總體質(zhì)量較大，電池組的結(jié)構(gòu)相對(duì)更加復(fù)雜，使用中存在漏液的可能，整體裝置的維修和保養(yǎng)程序復(fù)雜。而新能源汽車的ups電源電池組模塊具有成本高、個(gè)數(shù)多、質(zhì)量體積都較大等特點(diǎn)。這就要求附加的冷卻系統(tǒng)，在不損耗電池本身能量的基礎(chǔ)上，盡可能地降低冷卻裝置的質(zhì)量，減少冷卻裝置的額外能耗，實(shí)現(xiàn)汽車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔化的要求。同時(shí)也必須考慮對(duì)ups電源電池及相關(guān)通電線路的保護(hù)，才能避免在行駛過程中出現(xiàn)漏電、漏液等危險(xiǎn)情況，降低電子電路故障的概率，同時(shí)提高電池的效率、和圖2-7所示

ups電源是一類特殊的功能材料，能在恒溫或近似恒溫的情況下發(fā)生相變，同時(shí)吸收或釋放大量的熱。石蠟的毒性低、價(jià)格便宜、單位質(zhì)量的相變潛熱較高、相變溫度位于電池安全運(yùn)行溫度范圍內(nèi)，適合用作ups電源電池組熱管理的PCM。

目前，主要可采用石蠟與多孔物質(zhì)相結(jié)合、添加高導(dǎo)熱系數(shù)添加劑的方式，提高石蠟的導(dǎo)熱性能。泡沫銅吸附石蠟可用于新能源汽車電池組的熱管理，在運(yùn)行工況發(fā)生變化時(shí)，電池組的最高溫度和最大溫差可得到很好的控制。石蠟與石墨片制成的復(fù)合材料，具有較高的導(dǎo)熱性能和機(jī)械強(qiáng)度，應(yīng)用于電池組熱管理，不僅可降低電池組的最高溫度和模塊間的溫差，降低電池組容量衰減率，在寒冷條件下還可對(duì)電池組進(jìn)行持久保溫。向石蠟中添加碳纖維也可提高其導(dǎo)熱性能，當(dāng)碳纖維的長(zhǎng)度為2mm、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.46%時(shí)，電池組的最高溫升下降45%。基于PCM的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)省空間、相變潛熱大、溫度均勻波動(dòng)較小。但是，PCM冷卻技術(shù)屬于被動(dòng)冷卻，如果不能及時(shí)將熱量移除，電池組在經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)充電過程中易引發(fā)安全問題。2022-05-13