电池热管理系统
0104.解析电池热管理系统的构成与作用
解析电池热管理系统的构成与作用新能源汽车的核心——动力电池系统，一般主要由电池模组、电池管理系统、热管理系统、电气及机械系统等构成。
影响新能源汽车推广应用的重要原因一个是动力电池的安全性，另外一个就是使用成本。
因此随着新能源汽车大规模的推广，安全性需要得到进一步提高，所以热管理的重要性凸现出来。
热管理的作用简要来说就是让电池工作在一定的温度范围内维持最佳的使用状态，用以保证电池系统的性能和寿命。
热管理系统的构成电池组热管理系统主要由导热介质、测控单元以及温控设备构成。
导热介质与电池组相接触后通过介质的流动将电池系统内产生的热量散至外界环境中，导热介质主要有空气、液体与相变材料这三大类。
测控单元则是通过测量电池系统以及电池模组甚至单体不同位置上的实时温度来控制温控设备进行对应的热处理。
常见的温控设备有风扇与泵机等。
根据参考资料总结几款电动汽车产品电池组热管理系统如下表所示。
可以看到热管理的作用主要体现在防止过热和过冷保温两个方面。
热管理的作用车辆在不同的行驶状况下，电池系统由于其自身有一定的内阻, 在输出功率、电能的同时产生一定的热量，使电池温度升高，当电池温度超出其正常工作温度区间时会影响电池的寿命。
目前国内的热管理研究较多在防止过热上，更准确地说是集中在电池系统和模组级别上，在电芯层面上的隔热并没有过多关注。
据笔者了解的情况，国内很多企业在电芯层面上，无论是软包还是方形都没有进行相应的隔热处理。
比如软包电芯，基本是直接堆叠后靠金属外壳固定一起，且不论电芯之间热量的积累，光软包充放电时的臌胀效应就有可能导致电芯出现破损可能。
方形之间靠结构胶直接粘接，并且还在没有采用任何冷却处理的环境下，完全靠自然冷却不能保证热量及时扩散。
这里有必要提及在国外以及国内若干采用软包的企业得到大规模应用的泡棉材料，一方面能够吸收电池鼓胀应力起到缓冲作用，另一方面能够起到隔热作用，在电芯出现热失控的情况下抑制热扩散，延缓事故发生。
动力电池热管理系统的结构组成
动力电池热管理系统的结构组成
动力电池热管理系统是用于控制和调节电动汽车动力电池温度的重要组件。
以下是其主要的结构组成部分的详细讲解：
1. 散热器/冷却器：散热器或冷却器通常位于电池组的外部，通过冷却剂（如水或乙二醇）的循环来带走电池产生的热量。
它们可以是风冷式或液冷式，具体取决于车辆设计和使用环境。
2. 加热器：在寒冷的环境中，加热器用于给电池提供额外的热量，以保持其在适宜的工作温度范围内。
加热器可以是电加热元件或利用发动机废热的热交换器。
3. 温度传感器：温度传感器用于监测电池组和电池单体的温度。
它们可以分布在电池组的不同位置，以提供实时的温度数据。
4. 控制单元：控制单元是热管理系统的核心部分，它负责接收温度传感器的信号，并根据设定的策略控制散热器、加热器和风扇等组件的工作。
5. 风扇：风扇用于增强散热器或冷却器的散热效果，在需要时将空气吹过散热片，以提高热量的散发速度。
6. 管道和连接器：管道和连接器用于连接热管理系统的各个组件，包括散热器、加热器、温度传感器和电池组等。
7. 电池管理系统（BMS）接口：热管理系统通常与电池管理系统（BMS）进行通信，以获取电池的状态信息和控制指令。
综上所述，动力电池热管理系统的结构组成包括散热器/冷却器、加热器、温度传感器、控制单元、风扇、管道和连接器等组件。
这些组件协同工作，以确保动力电池在适宜的温度范围内运行，从而提高电池的性能、寿命和安全性。
动力电池热管理系统工作原理
动力电池热管理系统的工作原理是通过冷却或者加热的方式，使电池包的温度维持在一定的温度范围，以保证电芯的性能发挥及寿命。
具体来说，热管理系统主要分为风冷式和水冷式两种。
风冷式动力电池热管理系统是将锂离子电池与散热器集成在一起的热管理系统，主要由散热器、风道和电机等组成。
当电池包内部产生热量时，通过风道将热量吹到散热器上散热。
在冷却过程中，电池包内部温度不断下降，由电池包自身产生的热量通过风道带走热量。
水冷式动力蓄电池热管理系统结构则更为复杂，主要部件包括散热器、膨胀阀、电动水泵（冷却液泵）、冷却液控制阀、加热器和冷却管路等。
当动力蓄电池组温度过高时，利用空调系统先对动力蓄电池组的冷却液进行降温，再冷却动力蓄电池组；当动力蓄电池组温度过低时，通过加热动力蓄电池组内的冷却液来让动力蓄电池组升温。
此外，为了使电池组内部和外部环境都能保持相对稳定的工作状态，需要对电池组进行散热管理。
根据热管理系统运行原理的不同，可以分为主动式和被动式两种。
主动式热管理系统通过液体或气体介质来控制电池工作时的温度，而被动式热管理系统则主要依赖自然对流、辐射和传导等方式来散热。
一文带你看懂动力电池热管理系统
一文带你看懂动力电池热管理系统如果电池的工作温度超出合理温度区间，不论是过热或过冷，都可能发生热失控，电池性能都会明显甚至急剧下降。
因此，电动汽车都会装备动力电池热管理系统，监测电池的工作温度等状况，出现异常时及时报警和处理。
动力电池热管理系统主要有冷却处理、加热升温、调整充放电策略三方面内容。
一、冷却处理高电压蓄电池的工作温度必须处于特定的范围内，才能确保容量和充电循环数等指标的理想寿命得以优化。
当电池温度较高时，利用冷却液循环、自然风吹散热、热泵空调等冷却方式，对电池进行冷却降温。
1.冷却液循环根据环境温度，可通过低温冷却器或连接在制冷剂循环回路上的热交换器，将高电压蓄电池的余热排出。
低温回路2的控制主要通过驱动高电压蓄电池冷却转换阀来完成。
高电压蓄电池冷却回路的散热器可将余热直接排放到环境中。
热交换器通过热交换器中所喷入或蒸发的制冷剂，对冷却液进行冷却。
随后，冷却后的冷却液提供给低温回路。
低温冷却回路如图所示：在通过充电装置供电插座对高电压蓄电池进行充电时，低温回路转换阀（Y73/2）在中等温度下切换到直流转换器和充电装置方向，并将电子装置的余热通过低温回路的散热器排出为此，风扇可根据冷却液温度分级开启。
当高电压蓄电池温度较低时，冷却液通过被高电压蓄电池冷却系统膨胀阀阻断的热交换器进行输送。
在这种情况下，高电压蓄电池的热容量被用于冷却直流转换器和充电装置的电子系统。
电动制冷剂压缩机将低温气态制冷剂从蒸发器中抽取，对其进行压缩，同时令其升温并输送到冷凝器中。
压缩后的高温制冷剂在冷凝器中通过流经的，或通过风扇马达所吸入的车外空气进行冷却。
当达到根据制冷剂压力所确定的露点后，制冷剂便会发生冷凝，并令其形态由气态变为液态。
随后，制冷剂流入储液罐(干燥器)。
在流过储液罐时，制冷剂吸收潮气，蒸气气泡被析出，同时机械杂质会被滤除，以保护后续部件免受侵害，清洁后的制冷剂继续流向高电压蓄电池冷却膨胀阀。
在那里，处于高压下的液态制冷剂被喷入，或蒸发至高电压蓄电池冷却系统热交换器中。
锂离子电池热管理系统设计与实现
锂离子电池热管理系统设计与实现锂离子电池是目前应用广泛的可再充电电池之一，其高能量密度和长寿命使其成为移动设备、电动汽车等领域的理想选择。
然而，锂离子电池的温度控制却是一个严峻的挑战。
由于锂离子电池工作时会产生大量的热量，如果不能及时有效地进行散热和温度控制，就会导致电池过热，甚至引发火灾和爆炸事故。
为了解决锂离子电池热管理的问题，研究人员开发了一系列的热管理系统。
这些系统通过监测电池的温度、控制电流和设计有效的散热结构来实现热能的平衡和传导，保持电池在安全温度范围内工作。
首先，一种常见的锂离子电池热管理系统是基于温度监测和控制的。
通过在电池上安装温度传感器，可以实时监测电池的温度变化。
当温度超过设定的阈值时，系统会自动采取措施，如调整电池的工作状态，限制电池的充电速度或放电功率，以减少热量的产生。
另外，还可以通过控制电路来调整电流的分配，使电池中的热量均匀分布，避免热点的产生。
其次，锂离子电池热管理系统还可以通过设计有效的散热结构来实现热量的传导和散发。
一种常用的方式是在电池模块的外部增加散热片或散热管，以增加热量的传导面积。
此外，还可以采用风扇或导热胶等方式增强散热效果。
通过这些措施，可以有效降低电池的工作温度，提高其寿命和性能。
除了温度监测和散热设计外，锂离子电池热管理系统还可以利用被动或主动的冷却方法来控制电池的温度。
被动冷却是指通过自然对流或传导方式将热量传递给周围环境。
而主动冷却则是通过外部的冷却装置，如制冷剂或热管等，来降低电池的工作温度。
这些冷却装置可以根据需要进行开启或关闭，以保持电池温度的稳定。
总的来说，锂离子电池热管理系统的设计与实现需要综合考虑多个因素，包括温度监测和控制、散热结构设计以及冷却方式选择等。
只有合理有效地进行热管理，才能提高锂离子电池的安全性、寿命和性能。
未来，随着锂离子电池应用领域的不断拓展，对热管理系统的需求也将变得更为迫切，因此研究人员还需要不断改进和创新，以满足这一需求。
动力电池热管理系统评价指标
动力电池热管理系统评价指标
动力电池热管理系统的评价指标主要包括系统功耗、冷却系统散热能力、电池最高温度、电池温度一致性、系统重量和体积等。
1.系统功耗：热管理系统的功耗直接影响到电动汽车的续航里程，因此需要尽
可能降低系统的能耗。
2.冷却系统散热能力：评价冷却系统在不同工况下的散热能力，以保证电池在
适宜的温度范围内工作。
3.电池最高温度：电池的最高工作温度是影响其寿命和安全性的重要因素，热
管理系统需要有效控制电池的最大温度。
4.电池温度一致性：电池组中各个单体电池之间的温度差异会影响到整个电池
组的性能和寿命，因此需要保证电池温度的一致性。
5.系统重量和体积：热管理系统的重量和体积直接影响到电动汽车的整体性能，
包括动力性、经济性和乘坐舒适性等。
此外，还有一些其他的评价指标，如系统的可靠性、成本、噪音水平等，这些因素也会影响到热管理系统的综合性能评价。
电池热管理系统工作原理
电池热管理系统工作原理
电池热管理系统（BMS）是一种用于控制和监测电池温度的系统。
电池在使用过程中会产生热量，如果不能及时散热，那么电池的寿命和性能就会受到影响。
因此，电池热管理系统的作用就是通过控制电池的温度来保护电池。
BMS系统通常由温度传感器、控制器和散热系统组成。
温度传感器用于测量电池的温度，并将数据传输给控制器。
控制器可以根据测量到的温度信息，控制散热系统进行散热。
散热系统通常包括风扇、散热片和散热管等部件。
在使用过程中，如果电池的温度过高，控制器会通过控制散热系统降低电池的温度。
通常，控制器可以控制风扇的转速、散热片的数量和散热管的状态等参数，以达到最佳的散热效果。
同时，BMS还可以监测电池的电压、电流和电量等参数，以确保电池的正常运行。
如果出现异常情况，控制器会发出警报，并采取相应的措施，保护电池的安全和稳定。
总之，电池热管理系统是一种非常重要的系统，它可以保护电池的安全和性能，并延长电池的寿命。
在未来，随着电动汽车和储能技术的发展，电池热管理系统的重要性将会越来越突出。
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新能源电池热管理系统技术方案
新能源电池热管理系统技术方案以下是 7 条关于新能源电池热管理系统技术方案：1. 嘿，你知道吗，新能源电池热管理系统就像是给电池们请了个专属保镖！比如在炎热的夏天，它能防止电池过热“发火”，就像在大太阳下给你撑了把遮阳伞！这个热管理系统能精确控制电池温度，确保它们稳定运行，这多重要啊！在寒冷的冬天，它又能给电池保暖，让它们活力满满，不就跟咱冬天穿厚棉袄一样嘛！能让新能源电池发挥出最佳性能，这技术方案是不是超厉害？2. 哇塞，这个新能源电池热管理系统技术方案简直逆天了呀！就好比是给电池打造了一个舒适的小窝。
比如说，当电池工作累了，热管理系统马上给它来个“放松按摩”，调节温度让它舒服得很呢！而且它超级智能，随时监控着电池的状态，难道这还不够牛吗？有了它，新能源电池才能安心工作，这就是保障呀！3. 嘿呀，你想想看呀，新能源电池热管理系统技术方案那可是新能源汽车的大功臣呐！就像给汽车的电池装了个智能空调一样。
好比车在高速上跑久了，这热管理系统迅速出手，给电池降温消暑，太贴心了吧！这效果，谁能不喜欢呢？它让新能源汽车更稳定、更可靠，这可太了不起啦！4. 哇哦，新能源电池热管理系统技术方案呀，那可真是个神一样的存在！就如同给电池配备了一个消防队。
当电池温度有一点点异常的苗头，它马上行动起来灭火啦！比如在极端气候下，它就是电池的保护神，确保它们安然无恙。
这技术方案可不是盖的，难道你不想深入了解一下？5. 哎呀，这个新能源电池热管理系统技术方案厉害得很呢！简直就是电池的贴心小棉袄呀！就说充电的时候吧，它能让电池不冷不热刚刚好，这不就跟咱人睡觉要温度适宜一样吗？有了它，电动汽车才能跑得更远更稳，这技术方案真的太重要啦，不是吗？6. 哇，新能源电池热管理系统技术方案，这可真是个宝贝呀！相当于给电池打造了个四季如春的环境。
就举个例子，不管外界环境怎么变，它都能让电池在舒适的温度里工作。
这多厉害呀，能大大延长电池寿命呢！这样的技术方案，你还能不心动？7. 嘿，新能源电池热管理系统技术方案，那绝对是牛哄哄的存在呀！简直像个魔术大师一样。
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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：。