摘要：伴随着新能源车辆的迅猛发展，动力系统中的安全问题日益突出，特别是在大容量充电、恶劣工况下。在锂离子动力系统中，热失控是引起锂离子动力电池安全运行的重要因素。本文以抑制新能源车辆动力总成的热扩散问题为目标，通过优化热扩散方式，提高整车的温控能力，降低整车的热失控风险。本文研究成果将有助于提升电池包安全性能与稳定性能，为新能源车辆动力总成的优化设计与开发奠定基础。

关键词：热扩散抑制；新能源汽车；电池包；安全性

引言

随着新能源车辆的大规模使用，动力电池的发展速度越来越快，但其热扩散及安全性依然是一个迫切需要解决的问题。然而，由于锂离子动力电池比容量不断提升，使用环境日趋复杂，锂离子电池在充电/放电时极易发生温升过高，导致电池热失控。通过对电池组进行热管理，并采用新的热阻材质，可有效减少电池组内的温差和热量转移，保证电池包安全运行。

1、热扩散抑制策略的研究现状

当前，我国在控制热扩散方面的研究已获得比较明显的结果。首先，国内外多款新能源车辆均采用了液-冷式空气冷却技术，特别是液态冷却技术因其优异的导热特性而逐渐被认为是未来发展趋势。结果显示，采用液体冷却方式能使电池组内各单元的温度均匀，从而达到改善蓄电池充电和放电的效果。但液冷却技术存在着结构复杂、价格昂贵等问题，限制了其在微型化动力装置中的推广。相比于液冷式，气冷式结构简单、成本低廉，但其冷却效率远低于液冷，并且在大的功率和高温条件下，气冷式制冷很难达到对蓄电池的冷却要求。目前，关于提高储热容及相变温区的研究面临的难题是如何提高储能器的储热容及储放温速度。对于阻热材料，目前已有较多的研究成果。以其优异的隔热、抗高温等特性，适合用于锂离子电池的高温防护。

2、基于热扩散抑制策略的安全性提升方法

2.1热扩散控制方案设计

新能源车辆动力总成中的热扩散问题是提高整车安全性能的一个重要方面，特别是当整车发生过热、热失控时，如何抑制热扩散对整车的热扩散是保证整车安全运行的重要保障。隔热层是实现热扩散调控的关键环节，其关键在于在各组件间添加隔热材料，以降低热扩散速率，降低各单元间的传热和热失控。该隔热材料可以采用高导热材料，如陶瓷复合材料、矿物材料以及高分子材料等，其导热系数小，可以阻止热的继续扩散。比如在极端条件下，可以防止电池因温度过高而失去控制。另外，模组的设计也非常重要，必须对模组进行适当的结构调整，以增大模组间的热扩散通路，降低模组的热量积聚。在电池组中，通过对隔热材料进行合理配置，结合模块化的方法，将热扩散面积限制到最小，进而避免了热失控的蔓延。

2.2电池模块与电池包结构优化

电池组的结构设计对其比电容、比能量以及热辐射等都有重要的作用。电池组中的热扩散控制系统需要与电池组的实际结构紧密结合。通过调节单体单元之间的距离、强化空气流动，保证热的高效散发，是实现高效热扩散的重要途径。另外，对组件进行合适的封装，特别是在组件间设置合适的热扩散及气流通路，对于提高整个电池组的热管理效果具有重要意义。封装的材质也是提高热扩散效率的关键。举例来说，采用诸如铝合金之类的导热性高并且重量相对轻的金属用作电池组壳体材料，可以在电池组中出现过热的情况下快速向外侧传递热，并且可以防止由于温度升高而引起的长时间损伤。另外，与电池组壳的热扩散设计相配合，增加热扩散片等构造，使热扩散效果更好。在设计过程中，既要保证系统的热扩散效率，又要保证组件在出现热失控时，不出现爆炸、起火等重大安全问题。

2.3高性能热管理材料应用

高效的热扩散材料是提升电池组热扩散效果的关键。目前，各种热导率高、热扩散小的新型锂离子蓄电池组可供选择。诸如铜、铝等具有优异热导率的金属材料和复合材料能够在发热时快速引导到电池组外侧，降低了电池组的温升，避免了局部过热。石墨烯和碳纤维复合材料具有良好的隔热特性，能够有效地防止热传递到邻近单元。

2.4热监测与反馈机制

通过对电池组进行在线监测与智能化调节，提高电池包安全性能，是保障电池组安全的关键。该系统采用了多个测温元件，实现了对单个电池组和电池组内部各组件的温度场进行实时监控。如果某一单元或某一组件出现非正常升温现象，则该控制装置能立即报警并作出相应的反应。同时，通过对电池内部的环境参数进行在线监测，从而对其进行优化设计。在此基础上，提出了一种基于实时监控信息的智能化控制策略，实现了电池组的优化控制。比如，在某个模组的工作环境中，如果某个模组的工作环境超出某个预设的临界值，则会自动开启液冷式或空气式制冷装置，加快热扩散速度，防止其继续升温。通过与 BMS （Battery Management System）的连接，实现对充放电过程中的温控控制，并对充放电方案进行优化，保证其在各种工作状态下的安全运行。同时，结合大数据、人工智能等先进的大数据分析方法，建立面向整车运行工况的新型热扩散控制方法，实现对整车运行过程中各工况的温升规律的准确预报，并对其进行预警。

结论

针对新能源车辆动力总成中存在的热扩散问题，提出了热扩散控制方法，以提升新能源汽车电池包安全性能。虽然该技术已有了一些发展，但在成本、稳定性、可靠性等方面仍然存在较大的问题，今后的研究方向应该集中在提高热扩散效率、降低成本以及提高其使用寿命等方面。

参考文献

[1]周洋捷;王震坡;洪吉超;曲昌辉;山彤欣;张景涵;侯岩凯.新能源汽车动力电池“过充电-热失控”安全防控技术研究综述[J].机械工程学报，2022（10）

[2]潘逸;顾陈豪;王瑜;罗涛;郝丽.锂电池不同连接方式下的针刺测试探究[J]. 电源技术，2022（02）

[3]江发潮;章方树;徐成善;李成;王书洋;任毅;冯旭宁.车用锂离子电池系统热蔓延试验与机理研究[J]. 机械工程学报，2021（14）