基于RAV-4的電動(dòng)汽車電池組風(fēng)冷系統(tǒng)的研究

　　一、引言

　　電池作為電動(dòng)汽車中的主要儲能元件，是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件，直接影響到電動(dòng)汽車的性能。

　　電池組熱管理系統(tǒng)作為電池管理系統(tǒng)中不可或缺的部分，它的研究與開發(fā)是現(xiàn)代電動(dòng)汽車中關(guān)鍵的一環(huán)，也是提高整車性能的重要方面。首先，如果電動(dòng)汽車電池組長時(shí)間工作在比較惡劣的熱環(huán)境中，就會降低電池性能。其次，電池箱內(nèi)溫度場的長久不均勻分布將造成各電池模塊、單體性能的不均衡。這些都將會縮短電池使用壽命。通過電池包的建模仿真可以看出風(fēng)冷系統(tǒng)中氣體流動(dòng)情況，多點(diǎn)溫度測量實(shí)時(shí)監(jiān)控電池包內(nèi)溫度易于找出損壞電池，及時(shí)替換，從而提高整個(gè)電池組的壽命。

　　二、電池最優(yōu)工作溫度范圍的確定

　　在不同的氣候條件、不同的車輛運(yùn)行條件下，電池組熱管理系統(tǒng)要確保電池組在安全的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，并且盡量將電池組的工作溫度保持在最優(yōu)的工作溫度范圍之內(nèi)。

　　目前電動(dòng)汽車用電池主要有鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池。鎳氫電池作為比能量較高且使用無污染的新型電池在電動(dòng)汽車和混合電動(dòng)汽車中應(yīng)用越來越普遍，本文即以豐田RAV-4電動(dòng)汽車用鎳氫蓄電池為例對電動(dòng)汽車電池組熱管理系統(tǒng)進(jìn)行分析。

　　鎳氫電池的特性對其熱管理系統(tǒng)的影響很大。電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)很復(fù)雜，存在感應(yīng)和共生的非感應(yīng)的過程。不同的電池反應(yīng)不同，因而有不同的充放電熱特性。鎳氫電池由鎳氫化合物正電極、儲氫合金負(fù)電極以及堿性電解液組成。在充放電過程中，氫鎳電池電化學(xué)反應(yīng)表示如下：

　　氫鎳電池的生熱因素主要有4項(xiàng)：電池化學(xué)反應(yīng)生熱、電池極化生熱、過充電副反應(yīng)生熱、內(nèi)阻焦耳熱。

　　電池充電過程中的反應(yīng)生熱可以分為兩個(gè)階段：在沒有發(fā)生過充電副反應(yīng)之前為第1階段，發(fā)生過充電副反應(yīng)之后為第2階段。

　　第1階段，生熱量主要來自：電池化學(xué)反應(yīng)生熱、電池極化生熱、內(nèi)阻焦耳熱。生熱量可用下式計(jì)算：

　　第2階段，生熱量主要來自：電池化學(xué)反應(yīng)生熱、電池極化生熱、過充電副反應(yīng)生熱、內(nèi)阻焦耳熱。其中大部分的生熱量來自于過充電副反應(yīng)生熱。充電末期和過充電時(shí)，過充電副反應(yīng)就開始發(fā)生，其生熱量:

　　電池放電過程中的生熱量主要來自：電池化學(xué)反應(yīng)生熱、電池極化生熱、內(nèi)阻焦耳熱。需要指出的是氫鎳電池放電時(shí)化學(xué)反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，能吸收一部分熱量，所以生熱問題不是很嚴(yán)重，生熱量如下:

　　式中Rt——電池內(nèi)阻和極化內(nèi)阻的和

　　Ic——電池的充電電流

　　Id——電池的放電電流

　　由于陰極反應(yīng)的熱應(yīng)力不同，充電過程的后期（不平穩(wěn)段）比放電過程的后期放出的熱量大得多。

　　圖1是清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室做的某80Ah氫鎳電池不同溫度下電池放電效率實(shí)驗(yàn)。

　　當(dāng)溫度超過50℃時(shí)，電池充電效率和電池壽命都會大大衰減，在低溫狀態(tài)下，電池的放電能力也比正常溫度小得多。圖1所示在溫度高于40℃或者溫度低于0℃時(shí)，電池的放電效率顯著降低。從這一點(diǎn)可以推測，鎳氫電池的理想工作溫度應(yīng)該在0～40℃之間。