動力電池熱管理中半導體制冷技術的應用探析

摘要：伴隨著電池管理系統的不斷發展與完善，電池管理中的很多技術也隨之不斷發展。動力電池是電動汽車的關鍵組成部分，在一定程度上能夠有效提升熱能管理質量，使電動汽車更好地滿足建設生態文明的需要，同時也能夠提升電池的質量和電池產品的應用價值。在科學技術飛速發展的背景下，半導體制冷與電磁熱管理的結合已經逐漸成為電動汽車研發的重點和主渠道，國內有很多關于動力電池熱管理與半導體制冷技術相互聯系的例子，所以對其技術的應用進行分析是很有必要的，在一定程度上能夠提升人們對于電子產品的新認知。

關鍵詞：動力電池;熱管理;半導體;制冷技術;應用

引言

20世紀50年代半導體逐漸發展成熟，利用半導體進行制冷的想法被提出，伴隨半導體性能不斷優化，半導體制冷技術在各個生產領域得以應用。其動力電池熱管理技術作為制約電動汽車使用和發展的主要因素，受到了廣泛的關注和重視。就電動汽車的性能而言，溫度作為一個重要的限制因素，溫度直接影響車輛動能。一方面，車輛電池功率增大，電池的電解質開始充分工作，離子擴散速度加快，電池內阻逐漸降低，電池進入高性能模式。另一方面，當汽車電池內部溫度升高一定程度時，電解質的分解過程當中伴隨電極降解易引發不良反應，關系到汽車電池的使用壽命，有的甚至在功率不穩定時出現過熱保護或者損壞。本文將半導體制冷技術與電池熱管理相互融合，進一步能夠更好的提出有效的觀點，在一定程度上能夠為電池管理系統的發展提供有效的幫助。

一、半導體制冷在動力電池中的發展前景

在動力電池散熱系統當中，溫度管理系統是電磁技術關鍵，其中熱管理系統是管理系統當中重要組成部分。動力電池的溫度波動過大，將直接導致電池的損壞，不利于電動汽車市場的發展，工作不好或工作時間延長，動力電池可能會產生大功率放電現象，散熱問題比較明顯，嚴重影響電池的工作質量和效率，因此在動力電池設計過程中首先要確定散熱管理機制[1]。我國采用的散熱管理方式屬于強制制冷和強制冷，強制冷制熱功率難以把控，制冷溫度難以控制。因此，為了打破制冷技術局限性對電池過熱造成的影響，必須對電池散熱管理系統進行智能化管理和升級，電池需要的是根據功率大小來匹配合適的制冷溫度，于是半導體制冷技術逐漸推廣，半導體制冷裝置體積小，整體重量輕[2]。適用于各類高熱儀器降溫。關于半導體散熱原理，半導體制冷以帕爾帖理論為中心而研發的散熱技術，當兩個導體內部電流穿過時，導體的兩個接頭分別負責收熱和散熱的功能。連接器B處的熱量。由于這是一種不可逆的冷熱傳遞機制，吸熱放熱的速度和效率跟半導體電能相關，制冷的水平根據材料性能而定。在半導體制冷材料方面，包括鈦鈦材料、三元固溶體和n型合金材料。適用制冷范圍廣，同時具有無污染無噪音的環保性能。

二、動力電池熱管理中半導體制冷技術的應用

（一）半導體風扇的應用

半導體制冷技術應用形式之一是半導體制冷風機，是幫助動力電池進行散熱控制的主要方法[3]。因此，通過半導體制冷風機的研發和改良，是目前半導體制冷技術發展的重要基礎。通過半導體材料的研發和創新，根據目前半導體風機的結構組成，其中分為冷熱兩端元件，以及電池風機電源等。根據半導體制冷風機的運行原理，動力電池產生的表面熱量會被風機帶動的渦流進行推動，實現對流換熱功能。這樣，電池表面以及外殼的熱量在釋放出來之后迅速被吹走，將熱量傳送至半導體器件當中。主要依靠散熱器和外排風機的對流作用實現電池散熱，最終實現動力電池散熱。

（二）半導體風扇的主要特征

與傳統液冷風冷裝置相比，可得出半導體散熱風機優點和缺點，（1）散熱效率高，熱慣性?。?）在直流電供給下，裝置電路當中電流流動速度快，可以實現散熱和升溫的雙向調節。過去風冷裝置只是將熱能傳送至裝置外部，但很難實現智能化。調節內部溫度的目的。但半導體器件可以將電源電池外殼放在里面，溫度能夠根據外部環境進行自由調節，以達到延長動能電池壽命的效果;（3）半導體風機功率實現智能調節，通過調節直流電流速度實現對溫度的控制。然而，半導體散熱也存在一定缺陷[4]。首先會因轉換功率低導致電池功率增加，其次，半導體散熱系統目前制造技術不成熟，生產成本較高。

（三）管理系統應用與設計

電能管理系統將為半導體風機提供直流電能，以滿足風機的電能需求，進一步優化散熱效果以及溫度控制。當動力電池內部溫度逐漸升高時，溫度傳感器將實時的溫度信息傳輸給管理系統，使得管理系統根據動力電池溫度的變化來改變電流方向[5]。改變半導體散熱器的工作效率，不同的制冷段可以進行不同功率的制冷。在實際應用過程中，隨著物聯網技術的普及可以將系統信息實時反饋給工作人員，使工作人員對于電池溫度和工作狀況有準確了解。假如動力電池溫度失去控制能力，管理系統應及時準確地將故障信息傳送到控制面板，提示操作人員及時檢查和維護。

三、結語

隨著互聯網行業與電子行業的不斷興起，很多電子系統的發展為我國提供了堅實的基礎，同時人們開始注重半導體行業的發展。其中，半導體制冷系統的應用作為目前動力電池重要的散熱系統，解決了傳統制冷系統只散熱不加熱的弊端。讓動力電池的溫度把控根據環境和功率而定，提高動力電池的使用效果和壽命，保證動力電池性能的最大化發揮，滿足電動汽車對于動能的需求。同時動力電池的應用將擴向更多領域，使動力電池走向智能化和現代化，依靠電力實現節能減排的效果，降低了動力電池在工作當中發生意外的幾率。為我國電池行業的健康發展打下基礎。

參考文獻

[1]王宇.半導體制冷及其在動力電池熱管理中的性能研究[D].廣東工業大學，2015.

[2]張玉龍，楊世春，鄧成，郭斌，楊海圣.基于半導體制冷技術的動力電池熱管理系統研究[J].電源學報，2017，1502：121-127.

[3]田宇翔.基于熱電制冷技術的模擬18650鋰離子電池模組散熱研究[D].重慶大學，2019.

[4]陳尚瑞.動力電池熱管理系統研究[D].西安科技大學，2020.

[5]牛甜甜.基于熱電效應的動力電池熱管理研究[D].上海工程技術大學，2017.

作者簡介：江子賢 民族：漢 性別：女 出生年月1989.5.26 單位：佛山市頤然電子科技有限公司 籍貫：廣東省廣州市 現戶籍：廣東省廣州市 郵編528000