电池热管理系统分析模型-基于仿真分析的电动汽车电池热管理
袁立德
摘 要 随着我国飞速的发展，各项新型技术的不断创新与研发，燃料汽车在我国应运而生。燃料汽车由于其自身具备着高效能、无排放污染并且产生噪音小的诸多显著特点，作为一种用氢气带动汽车运行的新型能源技术，在我国的交通运输中广泛使用。本文对汽车动力系统热管理的相关系统内容进行分析，并对热管理系统的特点及优化处理做出探讨。研究成果对燃料汽车的动力热管理系统发展具备理论参考依据。
关键词 汽车动力；热管理系统；优化处理
中图分类号 U4 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）11-0087-01
燃料电池汽车在运行过程中电力系统所提供的热效率，往往相较于传统的燃油发动机产生的热效率，前者要高于后者。那么如果两者的热力系统所产生的热效率数值是相同的，燃料汽车的动力系统就要比传统的燃油发动机产生的热效率更加节能，由此可见，燃料汽车的动力热管理系统是较为环保节能的[1]。虽然燃料汽车在运行过程中，所产生的效率超于传统的发动机，但是对于其排热问题则较为复杂。因为传统的发动机所造成的热效率15%是依靠于发动机自身进行排除的，40%是通过汽车的排气管排出的，只有8%的热量是通过散热器进行排出的。但是燃料汽车却又所不同。燃料汽车电池发动机在理论上，产生的热效率与散热器的热量排放都是41%，但是只有18%的热量是通过汽车尾气管进行排放的。那么当出现工况差劲的情况之下，燃料汽车的动力系统排热效率往往只有35%，有且仅有3%的热量经由尾气管进行排放。由此可见，燃料发动机对于汽车运行中的热量排放远超于传统的燃油发动机。因此，对于燃料汽车的热力排放系统设计就面临了很大的挑战。热管理是从汽车的整体系统角度，对燃料以及电池的热量传递过程进行控制。从而成为高效的热管理系统，对整个动力性能都实行改造。
1 汽车热管理系统设计
燃料汽车的热管理系统是基于汽车的整体动能角度，对动力系统以及汽车整体性能关系，对燃气汽车的各个系统性能进行集成，从而形成的一个有效的热管理系统。
1.1 热管理系统设计
由于燃料汽车的整个动力系统具备了多样化的特性，关乎了汽车整体的各类仪器、部件与结构，加之汽车自身运行状况的系统复杂性[2]，从而对于汽车在运行过程中的各种要求都有所不同，其中包括对热力的维持限度、产生热力对温度的改变速率、各个温度之间的温度差以及温度的极限指标等各项要求。热管理系统的设计主要包含了多个方面的内容，通过根据汽车的动力系统具体性能要求，以及汽车的运行环境，从而在基础的热力性能研究基础之上，采用热力管理措施对系统性的内外热力传递过程进行组织，对温度进行控制，从而均匀的散发动力系统的各部分温度，控制恒温。从而达到在不同季节、不同车用环境的条件之下，都能让汽车的热管理系统得以适用。
1）热管理系统中对于汽车各组件温度变化的范围控制。热管理系统中的燃料电池通常情况下在汽车运行时的温度范围在60℃～85℃。其中的氢气与空气的温度都不能超出该温度范围，因此要想达到这一要求，就需要对气体进行加湿，从而控制气体温度；2）将汽车运行的各个部件的温度进行均匀控制，燃料电池以及蓄电池等对于温度的要求控制基本等同，从而保障其工作时的性能。与此同时对于汽车的电力系统中各个组件的设计，以及对于通用型的考虑，每个部件的温度控制范围都会存在一定的温度差；3）对温度的极限数值进行控制。汽车的动力系统中在运行过程中由于各种组件的性能有所不同，因此在不同的温度数值要求之下，对于温度的控制也是有所不同的[3]。如果温度数值的限制被突破，那么就会引发汽车产生安全事故。
1.2 热管理系统流动与传热特性
汽车的热管理系统中由于复杂性与热力特性，以及汽车运行时所处的外部环境等，各种动态的变换规律，对于汽车动力系统中的各个组件进行分析。将汽车的各个子部系统之间的运行机理与热管理系统中的温度原则所匹配，从而给热管理系统的流动特性以及功能性设计提供了相关设计依据。热管理系统中的传热特性是根据汽车的电磁、换热器以及冷却风扇等多种部件基础之上的假想系统条件，根据热管理系统的动力集成模型，使用传热学的理论计算方法，根据汽车的运行条件以及相关部件的温度参数，从而进行流动特性分析。我国针对此类研究曾做出汽车动力系统热管理性能的仿真结果示意图[4]（如图1所示）。
2 汽车热管理系统优化集成
汽车的热管理系统优化处理就是通过针对汽车的动力系统各个方面进行设计优化，其中包括了对汽车的控制以及硬件还有动力系统所产生的能量等多个方面，对于燃料汽车发动机的相关系统进行多部件集成，成为一个高效的热管理系统。在汽车运行过程中对于汽车的热力传递以及流通特性进行多方面优化，从而保障汽车能够更加高效的运行，在一定程度上减少能源消耗。
那么对于汽车热管理系统中通过对各部件的共享资源进行功能集成，减少系统组件的通风处理，液体的冷却回路，对于动力系统中的硬件设施应该相应的减少使用，增加功能性强的标准组件的使用，从而使得热动力系统能够满足汽车运行时的多样化需求，又可以解决潜在的安全隐患。其次就是对于汽车动力系统中的各个功能优化。将功能进行调和参数调配，从而尽可能地减少能量的浪费，提升能源使用效率。最后就是对于热管理的控制系统以及硬件的功能性优化，对于汽车的系统各个设备，型号选取以及设备性能都直接对汽车的运行产生影响，因此汽车的系统设备选用要受到汽车动力系统中各个组件的适用条件制约，提升汽车的运行效率，热管理系统的优化推进了汽车的能源可持续发展。
参考文献
[1]王慧磊.电动汽车锂动力电池组热管理系统研究与应用[D].哈尔滨：黑龙江大学，2012.
[2]梁昌杰，刘翰东.混合动力汽车用电源热管理系统的CFD分析[J].客车技术与研究，2013，35（1）：5-8.
[3]周奕，王英，黄晨东.动力电池热管理系统及其设计流程介绍[J].上海汽车，2014（6）：7-10.
[4]樊春艷，任美林.燃料电池轿车动力系统热管理设计与仿真验证[J].湖北汽车工业学院学报，2015（3）：23-26.
