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锂电池热管理方式
2019-05-02 20:59:58· 来源：谈振说音
纯电动汽车、混合动力汽车是未来汽车产业发展的重要方向，动力电池是新能源汽车的关键核心技术。与铅酸电池、镍镉电池以及镍氢电池相比，锂离子电池具有能量密度
纯电动汽车、混合动力汽车是未来汽车产业发展的重要方向，动力电池是新能源汽车的关键核心技术。与铅酸电池、镍镉电池以及镍氢电池相比，锂离子电池具有能量密度高和循环寿命长等优点。由于新能源汽车使用条件复杂行驶工况多变，过充过放的滥用状态及内部结构复杂等原因使得温度分布不均，导致动力电池产生局部过热现象，一旦发生热失控可能会造成燃烧或是爆炸，释放有毒气体等严重后果。
电池热管理系统的设计和开发对于保障电动汽车的安全性和可靠性有着重要的意义。合理的电池热管理系统可以提高电池组温度的一致性程度，管控电池的工作温度范围，从而延长电池寿命，提高电池使用的安全性。电池在温度过高的情况会引起热失控问题，为有效控制电池温度升高常采用的冷却方式有空气冷却、液体冷却、相变材料冷却、热管冷却等。
空气冷却是以空气为冷却介质，利用空气流动来降低电池温度，又分为主动风冷和强制风冷，主动风冷一般从空气的流量、电池布局和流道设计等方面研究，增加单体电池间距或是增大空气流量均可使电池最大温升降低，其中，空气流速越大，电池组最高温度越低，但电池组流场的一致性变差。有的将两层电池交错排列来保证流场的均匀分布，有的利用风扇强制对流换热，进口处采用渐缩型导流板，形成加速通道，出口处采用渐扩型引流板以减小风阻，保证流场的均匀分布及避免涡流产生。
作为一种传统的冷却形式，液体冷却是一种高效和广泛的冷却技术。增大冷却液体流速或者增加冷板厚度能显著降低电池组整体温度和温度不均匀性，但是这将造成附加荷载，如泵功率增大等。有学者着重研究液体流量、流动方向、通道数目以及入口尺寸对系统散热性能的影响。
使用相变材料的电池管理系统，利用相变材料的相变潜热吸收电池产生的热量。用于电池热管理的相变材料需要有较大的相变潜能，相变温度在电池的安全使用温度范围内，相变前后的体积变化小，且易于封装等，同时考虑石蜡具有低毒、价格便宜等优点，一般选取其作为电池热管理的相变材料。但是，石蜡的导热系数低，需要采取一些强化措施。石蜡与多孔物质复合制备复合相变储能材料，如膨胀石墨、泡沫铜和泡沫铝等。
空气冷却的对流换热系数低，在电池大倍率和高温环境下运行时无法达到散热要求；液体冷却系统的结构复杂，有潜在的导电流体泄露并与电池接触引发短路的安全隐患；相变材料融化后散热效率低，在电池循环使用累积产生大量热量时容易引起热失控。因此，研究学者还提出一些其他的电池冷却方式。
加入翅片可以显著降低电池组的最高温度，改善温度场的均匀性，同时也研究了翅片伸出长度、翅片厚度、翅片开缝宽度、翅片开缝数量对电池组热管理的影响。有学者研究单管型热管在动力电池系统中的冷却性能，发现较小的空气流量冷却热管即可降低电池温度到合适区间。有学者对比半导体制冷与强制风冷两种冷却方式对动力电池组散热性能的影响，半导体制冷模块在电池放电结束后可以迅速发生降温。单纯的采用风冷、液冷或是相变冷却（加热）的换热时间久，温差相对较大，故有学者采用两种冷却方式并行的电池包热管理系统。
目前，电动汽车仍需要提升续程里航，锂电池作为动力电池的主流技术，瓶颈是高比能量动力电池的安全性。随着能量密度的提高，热失控几率呈上升趋势。通过研究电池的产热、分布和设计合理的散热管理可以很好地控制电池温度，使其处于临界热失控温度点下。
电池热管理系统的设计和开发对于保障电动汽车的安全性和可靠性有着重要的意义。合理的电池热管理系统可以提高电池组温度的一致性程度，管控电池的工作温度范围，从而延长电池寿命，提高电池使用的安全性。电池在温度过高的情况会引起热失控问题，为有效控制电池温度升高常采用的冷却方式有空气冷却、液体冷却、相变材料冷却、热管冷却等。
空气冷却是以空气为冷却介质，利用空气流动来降低电池温度，又分为主动风冷和强制风冷，主动风冷一般从空气的流量、电池布局和流道设计等方面研究，增加单体电池间距或是增大空气流量均可使电池最大温升降低，其中，空气流速越大，电池组最高温度越低，但电池组流场的一致性变差。有的将两层电池交错排列来保证流场的均匀分布，有的利用风扇强制对流换热，进口处采用渐缩型导流板，形成加速通道，出口处采用渐扩型引流板以减小风阻，保证流场的均匀分布及避免涡流产生。
作为一种传统的冷却形式，液体冷却是一种高效和广泛的冷却技术。增大冷却液体流速或者增加冷板厚度能显著降低电池组整体温度和温度不均匀性，但是这将造成附加荷载，如泵功率增大等。有学者着重研究液体流量、流动方向、通道数目以及入口尺寸对系统散热性能的影响。
使用相变材料的电池管理系统，利用相变材料的相变潜热吸收电池产生的热量。用于电池热管理的相变材料需要有较大的相变潜能，相变温度在电池的安全使用温度范围内，相变前后的体积变化小，且易于封装等，同时考虑石蜡具有低毒、价格便宜等优点，一般选取其作为电池热管理的相变材料。但是，石蜡的导热系数低，需要采取一些强化措施。石蜡与多孔物质复合制备复合相变储能材料，如膨胀石墨、泡沫铜和泡沫铝等。
空气冷却的对流换热系数低，在电池大倍率和高温环境下运行时无法达到散热要求；液体冷却系统的结构复杂，有潜在的导电流体泄露并与电池接触引发短路的安全隐患；相变材料融化后散热效率低，在电池循环使用累积产生大量热量时容易引起热失控。因此，研究学者还提出一些其他的电池冷却方式。
加入翅片可以显著降低电池组的最高温度，改善温度场的均匀性，同时也研究了翅片伸出长度、翅片厚度、翅片开缝宽度、翅片开缝数量对电池组热管理的影响。有学者研究单管型热管在动力电池系统中的冷却性能，发现较小的空气流量冷却热管即可降低电池温度到合适区间。有学者对比半导体制冷与强制风冷两种冷却方式对动力电池组散热性能的影响，半导体制冷模块在电池放电结束后可以迅速发生降温。单纯的采用风冷、液冷或是相变冷却（加热）的换热时间久，温差相对较大，故有学者采用两种冷却方式并行的电池包热管理系统。
目前，电动汽车仍需要提升续程里航，锂电池作为动力电池的主流技术，瓶颈是高比能量动力电池的安全性。随着能量密度的提高，热失控几率呈上升趋势。通过研究电池的产热、分布和设计合理的散热管理可以很好地控制电池温度，使其处于临界热失控温度点下。
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