电池热管理系统

电池热管理

电池热管理概述

电池热管理系统 (Battery Thermal Management System, BTMS)是电池管理系统（Battery Management System, BMS）的主要功能（电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等）之一，通过导热介质、测控单元以及温控设备构成闭环调节系统，使动力电池工作在合适的温度范围之内，以维持其最佳的使用状态，用以保证电池系统的性能和寿命。

电池热管理重要性

电池的热相关问题是决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本的关键因素。

1)电池能量与功率性能：温度较低时，电池的可用容量将迅速发生衰减，在过低温度

下（如低于0°C）对电池进行充电，则可能引发瞬间的电压过充现象，造成内部短路。

2)电池的安全性：生产制造环节的缺陷或使用过程中的不当操作等可能造成电池局部

过热，并进而引起连锁放热反应，最终造成冒烟、起火甚至爆炸等严重的热失控事件。

3)电池使用寿命：电池的适宜温度约在10~30°C之间，过高或过低的温度都将引起

电池寿命的较快衰减。动力电池的大型化使得其表面积与体积之比相对减小，电池内部热量不易散出，更可能出现内部温度不均、局部温升过高等问题，从而进一步加速电池衰减，缩短电池寿命。

电池热管理系统是应对电池的热相关问题，主要功能包括：

1)散热：在电池温度较高时进行有效散热，防止产生热失控事故；

2)预热：在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充电、放电性

能和安全性；

3)温度均衡：减小电池组内的温度差异，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电

池过快衰减，以提高电池组整体寿命。

电池热管理方案

电池热管理方案主要分为风冷与液冷两大类，主要侧重于防止电池过热方面：

1.风冷

该技术利用自然风或风机，在电池包一端加装散热风扇，另一端留出通风孔，使空气在电芯的缝隙间加速流动，带走电芯工作时产生的高热量。风冷方案设计主要考虑电池系统结构的设计，风道，风扇的位置及功率的选择，风扇的控制策略等。风冷是以低温空气为介质，利用热的对流，降低电池温度的一种散热方式，分为自然冷却和强制冷却(利用风机等)。

整车中的电池风冷流道

电池风冷示意图

此外，另一种改进风冷方案是在电极端顶部和底部各加上导热硅胶垫片，让顶部、底部不易散发的热量通过导热硅胶片传导到金属外壳上散热，同时硅胶片的高电气绝缘和防刺穿性能对电池组有很好的保护作用。

优缺点

采用气体（空气）作为传热介质的主要优点有：结构简单，质量轻，有害气体产生时能有效通风，成本较低，无漏液风险；不足之处在于：与电池壁面之间换热系数低，冷却速度慢，效率低。

2.液冷

液体冷却技术通过液体对流换热，将电池产生的热量带走，降低电池温度。

动力电池液冷方案典型工作原理为：通过制冷剂回路（下图右侧）冷却电池冷却液（下图左侧），被冷却的电池冷却液流经电池内部流道，带走电池的热量，达到为电池降温的目的。

动力电池液冷方案示意图

由电池的冷却液方案示意图可知，冷却回路核心部件为压缩机，chiller以及水泵。压缩机作为制冷剂回路的动力源，是整个系统的冷量源头，决定着系统的换热能力。Chiller主要起到制冷剂与冷却液的热交换左右，其换热量的大小直接决定着冷却液的水温高低。水泵决定着冷却液流速，影响电池的换热性能。液冷方案设计主要考虑冷却管道，流场，进出口冷却剂的流量、温度、压降。水泵及整车空调压缩机的控制策略等。

动力电池液冷内部示意图

动力电池液冷内部流道示意图

优缺点

与电池接触壁之间的热交换系数相对较大，冷却/加热的速度更快，对降低最高温度、提升电池组温度场一致性的效果显著，同时，热管理系统的体积也相对较小。液冷系

统形式较为灵活: 可将电池单体或模块沉浸在液体中，也可在电池模块间设置冷却通道，或在电池底部采用冷却板。电池与液体直接接触时，液体必须保证绝缘( 如矿物油) ，避免短路。

同时，该方案系统重量较大，设计复杂，维修及保养费用高，存在漏液的风险。对液

冷系统的气密性要求也较高。对机械强度，耐振动性，以及寿命均有要求。

3.主流方案

在早期的电动乘用车风冷应用较为广泛，如日产聆风（Nissan Leaf）、起亚Soul EV 等；目前市场中，采用液冷方案的居多，液冷是目前许多电动乘用车的优选方案，国内外的典型产品如宝马i3、特斯拉、通用沃蓝达（Volt）、华晨宝马之诺、吉利帝豪

EV。

下面是一些车型的方案信息：

附录：