动力电池热管理中半导体制冷技术的应用探析

摘要：伴随着电池管理系统的不断发展与完善，电池管理中的很多技术也随之不断发展。动力电池是电动汽车的关键组成部分，在一定程度上能够有效提升热能管理质量，使电动汽车更好地满足建设生态文明的需要，同时也能够提升电池的质量和电池产品的应用价值。在科学技术飞速发展的背景下，半导体制冷与电磁热管理的结合已经逐渐成为电动汽车研发的重点和主渠道，国内有很多关于动力电池热管理与半导体制冷技术相互联系的例子，所以对其技术的应用进行分析是很有必要的，在一定程度上能够提升人们对于电子产品的新认知。

关键词：动力电池;热管理;半导体;制冷技术;应用

引言

20世纪50年代半导体逐渐发展成熟，利用半导体进行制冷的想法被提出，伴随半导体性能不断优化，半导体制冷技术在各个生产领域得以应用。其动力电池热管理技术作为制约电动汽车使用和发展的主要因素，受到了广泛的关注和重视。就电动汽车的性能而言，温度作为一个重要的限制因素，温度直接影响车辆动能。一方面，车辆电池功率增大，电池的电解质开始充分工作，离子扩散速度加快，电池内阻逐渐降低，电池进入高性能模式。另一方面，当汽车电池内部温度升高一定程度时，电解质的分解过程当中伴随电极降解易引发不良反应，关系到汽车电池的使用寿命，有的甚至在功率不稳定时出现过热保护或者损坏。本文将半导体制冷技术与电池热管理相互融合，进一步能够更好的提出有效的观点，在一定程度上能够为电池管理系统的发展提供有效的帮助。

一、半导体制冷在动力电池中的发展前景

在动力电池散热系统当中，温度管理系统是电磁技术关键，其中热管理系统是管理系统当中重要组成部分。动力电池的温度波动过大，将直接导致电池的损坏，不利于电动汽车市场的发展，工作不好或工作时间延长，动力电池可能会产生大功率放电现象，散热问题比较明显，严重影响电池的工作质量和效率，因此在动力电池设计过程中首先要确定散热管理机制[1]。我国采用的散热管理方式属于强制制冷和强制冷，强制冷制热功率难以把控，制冷温度难以控制。因此，为了打破制冷技术局限性对电池过热造成的影响，必须对电池散热管理系统进行智能化管理和升级，电池需要的是根据功率大小来匹配合适的制冷温度，于是半导体制冷技术逐渐推广，半导体制冷装置体积小，整体重量轻[2]。适用于各类高热仪器降温。关于半导体散热原理，半导体制冷以帕尔帖理论为中心而研发的散热技术，当两个导体内部电流穿过时，导体的两个接头分别负责收热和散热的功能。连接器B处的热量。由于这是一种不可逆的冷热传递机制，吸热放热的速度和效率跟半导体电能相关，制冷的水平根据材料性能而定。在半导体制冷材料方面，包括钛钛材料、三元固溶体和n型合金材料。适用制冷范围广，同时具有无污染无噪音的环保性能。

二、动力电池热管理中半导体制冷技术的应用

（一）半导体风扇的应用

半导体制冷技术应用形式之一是半导体制冷风机，是帮助动力电池进行散热控制的主要方法[3]。因此，通过半导体制冷风机的研发和改良，是目前半导体制冷技术发展的重要基础。通过半导体材料的研发和创新，根据目前半导体风机的结构组成，其中分为冷热两端元件，以及电池风机电源等。根据半导体制冷风机的运行原理，动力电池产生的表面热量会被风机带动的涡流进行推动，实现对流换热功能。这样，电池表面以及外壳的热量在释放出来之后迅速被吹走，将热量传送至半导体器件当中。主要依靠散热器和外排风机的对流作用实现电池散热，最终实现动力电池散热。

（二）半导体风扇的主要特征

与传统液冷风冷装置相比，可得出半导体散热风机优点和缺点，（1）散热效率高，热惯性小（2）在直流电供给下，装置电路当中电流流动速度快，可以实现散热和升温的双向调节。过去风冷装置只是将热能传送至装置外部，但很难实现智能化。调节内部温度的目的。但半导体器件可以将电源电池外壳放在里面，温度能够根据外部环境进行自由调节，以达到延长动能电池寿命的效果;（3）半导体风机功率实现智能调节，通过调节直流电流速度实现对温度的控制。然而，半导体散热也存在一定缺陷[4]。首先会因转换功率低导致电池功率增加，其次，半导体散热系统目前制造技术不成熟，生产成本较高。

（三）管理系统应用与设计

电能管理系统将为半导体风机提供直流电能，以滿足风机的电能需求，进一步优化散热效果以及温度控制。当动力电池内部温度逐渐升高时，温度传感器将实时的温度信息传输给管理系统，使得管理系统根据动力电池温度的变化来改变电流方向[5]。改变半导体散热器的工作效率，不同的制冷段可以进行不同功率的制冷。在实际应用过程中，随着物联网技术的普及可以将系统信息实时反馈给工作人员，使工作人员对于电池温度和工作状况有准确了解。假如动力电池温度失去控制能力，管理系统应及时准确地将故障信息传送到控制面板，提示操作人员及时检查和维护。

三、结语

随着互联网行业与电子行业的不断兴起，很多电子系统的发展为我国提供了坚实的基础，同时人们开始注重半导体行业的发展。其中，半导体制冷系统的应用作为目前动力电池重要的散热系统，解决了传统制冷系统只散热不加热的弊端。让动力电池的温度把控根据环境和功率而定，提高动力电池的使用效果和寿命，保证动力电池性能的最大化发挥，满足电动汽车对于动能的需求。同时动力电池的应用将扩向更多领域，使动力电池走向智能化和现代化，依靠电力实现节能减排的效果，降低了动力电池在工作当中发生意外的几率。为我国电池行业的健康发展打下基础。

参考文献

[1]王宇.半导体制冷及其在动力电池热管理中的性能研究[D].广东工业大学，2015.

[2]张玉龙，杨世春，邓成，郭斌，杨海圣.基于半导体制冷技术的动力电池热管理系统研究[J].电源学报，2017，1502：121-127.

[3]田宇翔.基于热电制冷技术的模拟18650锂离子电池模组散热研究[D].重庆大学，2019.

[4]陈尚瑞.动力电池热管理系统研究[D].西安科技大学，2020.

[5]牛甜甜.基于热电效应的动力电池热管理研究[D].上海工程技术大学，2017.

作者简介：江子贤 民族：汉 性别：女 出生年月1989.5.26 单位：佛山市颐然电子科技有限公司 籍贯：广东省广州市 现户籍：广东省广州市 邮编528000