ups電源電池單體在使用時并無過高要求，也不涉及電池間的均一性等問題，進行簡單的狀態(tài)監(jiān)控即可正常使用。而在ups電源電池組涉及許多個單體電池的協(xié)同工作時，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，各單體電池的運行電壓會有較大波動，從而導(dǎo)致整個電池組的工作電壓不斷波動，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)電池的使用壽命會進一步縮短，并且會影響新能源汽車的整體性能。運行工況較復(fù)雜時，部分電池可能會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)致電池的報廢。此外，處于不同位置的電池單體對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)對其進行熱管理，則會導(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，長時間運行時會導(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)各個電池單體的溫度和各單體間的溫度差異控制在一個合理的溫度范圍之內(nèi)，而這一目標(biāo)的實現(xiàn)離不開設(shè)計良好、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€方面。在保證電池組處于合理工作溫度范圍之內(nèi)的同時，也需要均衡電池箱內(nèi)各點的溫度，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為溫度過低而產(chǎn)生的充電緩慢、容量大幅衰減等負(fù)面影響。而低溫對電池放電階段則影響不大。通過對大量電池工況數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)電池組在放電過程中常常會因散熱不及時而造成高溫的情況。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電源強迫空氣對流冷卻法是一種“物美價廉”的冷卻方法，如果電池模塊周圍空間允許，都會安裝局部散熱器或風(fēng)扇，還會利用輔助的或汽車自帶的蒸發(fā)器來提供冷風(fēng)。該方法對電池的封裝設(shè)計要求有所降低，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，進行圓筒形設(shè)計并使用風(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存起來，在充電或很冷的環(huán)境下工作時釋放出來，是最有效的散熱方式之一。

液體冷卻系統(tǒng)主要有被動式液體冷卻系統(tǒng)和主動式液體冷卻系統(tǒng)。但是液冷方式也有其缺點和不足。主要缺點：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、個數(shù)多、質(zhì)量體積都較大等特點。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，實現(xiàn)汽車結(jié)構(gòu)簡潔化的要求。同時也必須考慮對ups電源電池及相關(guān)通電線路的保護，才能避免在行駛過程中出現(xiàn)漏電、漏液等危險情況，降低電子電路故障的概率，同時提高電池的效率、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，同時吸收或釋放大量的熱。石蠟的毒性低、價格便宜、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，在運行工況發(fā)生變化時，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)熱性能和機械強度，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電池組進行持久保溫。向石蠟中添加碳纖維也可提高其導(dǎo)熱性能，當(dāng)碳纖維的長度為2mm、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.46%時，電池組的最高溫升下降45%?；赑CM的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省空間、相變潛熱大、溫度均勻波動較小。但是，PCM冷卻技術(shù)屬于被動冷卻，如果不能及時將熱量移除，電池組在經(jīng)歷長時間連續(xù)充電過程中易引發(fā)安全問題。2022-05-13