动力电池热管理中半导体制冷技术的应用探讨
【关键词】动力电池 热管理 半导体制冷技术 应用
半导体制冷，即为热电制冷，主要经通电后出现冷量而制冷的方式。随着半导体制冷理论的完善，使得半导体材料的性能不断完善。所以，被较多的领域所应用。和以往传统制冷的方式进行比较，半导体制冷可实现无机械传动和无制冷剂，能有效的转变制冷、制热的效果，进而对半导体温度进行严格的控制。
1 半导体制冷技术在动力电池热管理中的应用
动力电池热管理可以说是汽车动力电池系统的重要组成部分，具有提升电池寿命、改善电池性能与安全的效果，在电动汽车整车热管理中占据重要部分。目前，关于动力电池热管理的相关研究已经取得一定的研究成果，而其中半导体制冷技术的应用，有效提升了动力电池热管理的效果本节对汽车动力电池系统热管理中应用半导体制冷技术的效果做浅要分析。
1.1 构建动力电池热管理系统总体流程
结合动力电池热管理的目的，对动力电池热管理系统流程进行设计，具体流程图如图1示。
1.2 分析半导体制冷技术在动力电池热管理系统中的应用
在动力电池热管理系统中，电池内热环境的调控主要通过三个系统部分实现，分别是加热系统部分、保温系统部分和冷却系统部分，而冷却系统的散热模式通常包含自然冷却、强制风冷、强制液冷三种，均采用半导体热电堆与不同散热方式结合而形成冷却系统，利用半导体制冷原理来实现动力电池热管理中的系统冷却功能。半导体制冷主要是通过利用珀尔帖效应实现的，图2半导体制冷的原理图。
通过空穴在半导体电场作用下运动实现热能与势能之间的转换，从而形成热电堆的热端与冷端，热端通过与翅片散热器连接，采取风冷、液冷与自然冷却形式，实现制冷功能。在动力电池热管理中应用这种半导体制冷方式，有效的利用了半导体制冷中无需制冷剂、无污染、体积小、无机械传动、重量轻、无噪音、冷却速度快的优势。结合不同散热方式，可实现车动力电池温度环境的调控，有效冷却环境温度，从而满足动力电池热管理的需求。比如磷酸铁锂电池，根据需要，采用半导体热电堆与风冷散热方式结合，有效的将环境温度降低到-20℃～60℃，调节速度快，效果好，符合现代动力电池热管理的冷却要求。
2 动力电池热管理中应用半导体制冷技术的实验验证
在动力电池热管理中采用半导体制冷技术，可通过半导体制冷原理实现对动力电池环境的温度调节与控制。本节进行分析动力电池冷却系统中采用的半导体制冷技术与传统直接风冷方式效果的对比试验，来探究半导体制冷技术在动力电池热管理中的应用价值。
2.1 实验的主要设备
实验的设备主要包括：TEC电池模块和充放电设备、直流风扇，以及直流稳压电源、恒温烘干箱、温度记录设备、风速仪、T型热电阻等。
2.2 实验的主要方式
设置实验对照组，以传统直接风冷电池组模块作为对照对象，以半导体制冷技术应用的电池组模块作为研究对象，风冷模块一般多使用12V/0.18A的直流风扇。以加装于模块外壳的正面，上开口为半封闭结构，风速设置为1.0m/s。TEC模块常用的型号为TEC1-12705，属于半导体热电堆制冷设备，联合翅片、风扇可经温度进行合理的管理。电池组模块实行正面开孔工作，应合理的嵌入半导体结构，将模块设置为全封闭的结构，以此确保模块电池散热效果，并保证在短时间得到温度的控制。实验的阶段，经编写充放电对程序、模块实行控制，进而实现不同倍率的放电效果。将两个模板实行恒流充电、恒压充电，充电的电流达到7A的时候，充电截止电流应设置为350mA。静置时间为60min，电池模块达到环境温度的时候，需实行模块的恒流放电。针对两个模块实行45℃高温恒温的放电测试，放电的倍率应设置为3C，放电截止电压应在2.0V的范围内。
2.3 实验的结果与结论
经过实验测试，在45℃高温条件下完成TEC模块与风冷模块的放电测试，测试结果如图3所示。观察图3数据变化可知，随着电池环境温度的逐渐升高，TEC模块的平均温度始终比传统风冷模块温度低，而在1680秒与1609秒时，风冷电池模块温度与TEC电池模块的温度分别达到最大值，温度分别是52.3℃和51.2℃。而达到最高温度后，两组电池组的温度均开始降低，但TEC组的降温速率明显比风冷模块组更高。这说明TEC电池模块的散热效果更好，在动力电池放电运行过程中，TEC模块这种应用了半导体制冷技术的电池组温度冷却效果更加明显。由此可见，在动力电池热管理中应用半导体制冷技术，能够更加有效的实现对电池温度的调控，满足电池热管理需求。
3 总结
动力电池热管理在汽车动力电池管理中具有重要作用，而半导体制冷技术的应用则有效提升了动力电池热管理的效果，在制冷冷却方面取得较大的优势。本次研究通过分析半导体制冷技术的应用情况，结合实验验证方式，分析了半导体制冷技术在动力电池热管理中的应用效果，研究结果证明半导体制冷技术相比传统风冷具有更好的降温冷却效果，值得推广应用。
参考文献
[1]辛嵩，刘庆仁，卜凡秀等.半导体制冷技术在矿井局部降温中的应用研究[J].煤炭技术，2015，34（3）：119-120.
[2]史俊.半导体制冷除湿技术在端子箱中的应用研究[J].通讯世界，2016（1）：163-164.
