动力电池模块热管理控制技术

随着电动汽车的普及，动力电池模块的安全性和稳定性变得越来越重要。在电池使用过程中，电池会因为化学反应、电化学极化、电解液分解、电池自放电以及电流通过时的焦耳热等因素而产生热量。如果这些热量不能及时、有效地排出，就会导致电池的温度升高，甚至引发热失控事故。因此，动力电池模块的热管理控制技术显得至关重要。

一、动力电池模块热来源及其特征

电池放出热量取决于电池的化学、机极、电学本质和特征，特别是电化学反应的本质。电池反应中产生的热能，可以用电池反应热Qr来表示；电化学极化使电池实际电压偏离其平衡电动势，而由电池极化引起的能量损失用Qp来表示。电池反应除了按照反应方程式进行之外，还存在一些副反应，典型的副反应包括电解液分解及电池自放电，这个过程中产生的副反应热为Qs。此外，由于任何电池都会不可避免地存在电阻，故电流通过时就会产生焦耳热Qj。因此，一个电池总的热量为如下几个方面的热量总和：Qt= Qr+Qp+Qs+Qj。

根据具体充电（放电）过程的不同，引起电池产热的主要因素也不同。例如，在电池正常充电时，Qr 是主导因素；而在电池充电后期，由于电解液的分解，导致了副反应开始发生（副反应热为Qs)，当电池 接近充满电而进行过充电时，主要发生的是电解液分解，这时Qs占主导地位 。而焦耳热Qj则取决于电流和电阻，常用的充电方式是在恒定电流下进行的，此时Qj是一个特定值。然而，在启动和加速时，电流比较大。这对于HEV来说，相当于几十安培到上百安培的电流，这时候焦耳热Qj很大，成为了电池放热的主要来源。

二、热管理控制技术

为了保障电池的安全性和稳定性，需要对电池进行热管理控制。热管理控制技术可以分为主动式和被动式两类。

主动式热管理控制技术

主动式热管理控制技术是指通过加热、冷却等手段，主动地控制电池的温度。主动式热管理控制技术有以下几种：

（1）液体冷却技术

液体冷却技术是一种常用的动力电池模块热管理技术，它采用液体冷却剂对电池进行冷却。液体冷却技术有以下优点：可以在较小的体积内实现较高的热传递效率，可以实现电池模块的快速冷却，适合高功率、高温度场景的使用。然而，液体冷却技术需要占用一定的空间，增加了整车的重量和成本，且维护较为复杂。

（2）空气冷却技术

空气冷却技术是通过散热器和风扇等装置将空气引入电池模块，进行冷却。空气冷却技术具有结构简单、维护方便、成本低等优点。但是，空气冷却技术的散热效果相对液体冷却技术较差，适用于低功率、低温度场景的使用。

（3）相变材料蓄热技术

相变材料蓄热技术是一种新型的热管理控制技术，它利用相变材料在相变时吸收或释放大量热量的特性，将相变材料嵌入电池模块中，以实现对电池温度的控制。相变材料蓄热技术具有结构简单、节能环保、无需维护等优点。但是，相变材料蓄热技术需要占用一定的空间，且需要经过长时间的实验验证。

被动式热管理控制技术

被动式热管理控制技术是指通过设计电池的结构和材料，实现对电池温度的控制。被动式热管理控制技术有以下几种：

1）散热孔设计

在电池模块的壳体上设计散热孔，利用对流和辐射的方式将电池模块内部的热量排出，以实现对电池温度的控制。散热孔设计需要考虑电池模块的结构和材料，以及热传导和热辐射的特性等因素。

（2）隔热设计

隔热设计是通过在电池模块周围设置隔热层，减少电池模块与外界的热传递，以实现对电池温度的控制。隔热设计需要考虑电池模块周围的环境温度、隔热层的材料和厚度等因素。

（3）热传导材料设计

热传导材料设计是通过在电池模块内部设置热传导材料，增加电池模块内部的热传递，以实现对电池温度的控制。热传导材料设计需要考虑电池模块的结构和材料，以及热传导和热辐射的特性等因素。

三、热管理控制技术的优化方向

为了提高动力电池模块的安全性和稳定性，热管理控制技术需要不断优化。目前，热管理控制技术的优化方向主要有以下几个方面：

热管理控制算法的优化

热管理控制算法是指控制电池温度的计算和控制策略。目前，热管理控制算法主要采用PID控制、模糊控制和神经网络控制等方法，但这些方法的精度和适用范围仍有待进一步提高。未来，需要通过算法优化，实现更加精准和高效的热管理控制。

热管理系统的集成优化

热管理系统的集成优化是指将液体冷却、空气冷却、相变材料蓄热和被动式热管理控制技术等多种技术集成到一起，形成一套完整的热管理系统。这样可以实现更加高效、稳定、安全的电池温度控制。

新型材料的应用

新型材料的应用是指利用新型散热材料、热传导材料、相变材料等材料，来提高热管理控制技术的效果和性能。例如，利用高导热率的石墨烯材料替代传统的热传导材料，可以提高电池模块内部的热传递效率；利用相变材料替代传统的液体冷却剂，可以降低系统的复杂度和维护成本。

热管理控制系统的智能化

热管理控制系统的智能化是指将人工智能、大数据和物联网等技术应用到热管理控制系统中，实现对电池温度的智能控制和预测。通过收集和分析电池模块的温度、电流、电压等数据，实现对电池状态的实时监测和预测，以及对电池温度控制的优化和升级。

四、结论

动力电池模块的热管理控制技术是保障电池安全和稳定运行的关键技术之一。热管理控制技术的主要目的是控制电池模块的温度，防止电池模块过热，从而保障电池的寿命和安全性。热管理控制技术主要包括主动式和被动式两种技术，其中液体冷却、空气冷却和相变材料蓄热是主动式技术的主要应用方式，散热孔设计、隔热设计和热传导材料设计是被动式技术的主要应用方式。热管理控制技术的优化方向主要包括热管理控制算法的优化、热管理系统的集成优化、新型材料的应用和热管理控制系统的智能化。未来，随着电动汽车市场的不断发展和动力电池技术的不断进步，热管理控制技术将会得到更加广泛和深入的应用。