电池系统热管理技术详解

空冷式散热系统 

 

空冷式散热系统也叫风冷式散热系统。空冷式的散热方式最为简单，只需要让空气流经电池表面带走动力电池所产生的热量，达到对动力电池组散热的目的。根据通风措施的不同，空冷式又有自然对流散热和强制通风散热两种方式。自然对流散热不依靠外部附加的强制通风措施（如加风机等），只是通过电池包内部流体自身因温度变化而产生的气流进行冷却散热的系统。强制对流冷却散热系统是在自然对流散热系统的基础上加上了相应的强制通风技术的散热系统。当前动力电池空冷式散热主要有串联式和并联式两种系统。但该种方式效果较差，且很难达到较高的电池均温性。 

 

 

串联风冷散热/并联风冷散热

 

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液冷式散热系统 

 

动力电池的液冷式散热系统是指制冷剂直接或间接地接触动力电池，然后通过液态流体的循环流动把电池包内产生的热量带走达到散热效果的一种散热系统。其制冷剂可以是水、水和乙二醇的混合物、矿物质油和R134a等，这些制冷剂拥有较高的导热率，可以达到较好的散热效果。当前动力电池的液冷技术也拥有了相当成熟的技术，在电动汽车的散热系统中也有了相对广泛的应用，比如特斯拉电池包就是采用水和乙二醇的混合物的液冷方式散热，宝马i3采用R134a进行散热。液冷式系统往往要求更复杂的更加严苛的结构设计以防止液态制冷剂的泄漏以及保证电池包内电池单体之间的均匀性，而液冷系统的复杂结构也使得整套散热系统变得十分笨重，不仅增加整车的重量，使得整车的负担大大增加，而且同时由于其结构的复杂性及高密封性使得液冷系统的维护和保养相对困难，维护成本也相应增加。

 

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相变材料式散热系统

 

相变材料式散热系统是以相变材料作为传热介质，利用相变材料在发生相变时可以储能与放能的特性达到对动力电池低温加热与高温散热的效果。但相变材料的热导率比较低，为了改变材料的固有缺陷，人们向相变材料中填充一些金属材料，例如有些研究中将很薄的铝板填充到相变材料中从而达到提高热导率的目的。为了提高相变材料的热导率，还有人提出了向相变材料中填充碳纤维、碳纳米管等。 

 

相变材料包裹电池式结构

 

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热管式散热系统 

 

热管作为一种高效的导热原件，能够快速高效地把热能从一个地方输送到另一个地方，也就是能够把热量快速有效地在两个物体间进行传输。在电动汽车的热管理系统中，国内外很多学者也把热管这一导热原件应用到动力电池的散热中。与传统的强制对流散热系统相比，在引入热管的散热系统中，动力电池不仅能维持在正常工作的温度范围内，而且各电池单体之间也能够保持温度的均匀性，这是强制冷却散热系统所不能达到的效果。但其质量和体积过大，存在换热极限。

 

热管冷却

 

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电池加热系统

 

以上介绍了四种给电池散热的方法，而应用在寒冷地区的电动汽车，电池包往往需要加热装置。锂电池自身特性决定，在温度低于0℃以后，电池性能发挥就会受到影响，同时还伴有对电池寿命的损害。加热器种类包括纯电阻加热，电热膜加热等。纯电阻加热器，发热效率不高，同时占据的空间较大。优点在于工作稳定，技术成熟。加热膜，自身材质种类较多，各家名称叫法并不统一。加热膜以薄片的形式存在，宣称的热功率密度比较高，发热效率高，理论上是比较理想的加热形式。但其行业发展还不成熟，在汽车上应用的时间比较短，相关标准只搜集到建筑行业的行标，稳定可靠性还有待测试和观察。