电动汽车动力电池热管理技术 中科院理化所
新能源汽车技术概况
交通科技与管理91技术与应用新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。
新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。
1 混合动力汽车 混合动力汽车是在纯电动汽车上加装一套内燃机，用以减少汽车的污染，提高汽车行驶里程，且符合汽车道路交通、安全法规的一种汽车。
目前有串联式和并联式两种结构形式。
混合动力汽车（亦称复合动力汽车）车上装有两个以上动力源。
车载动力源有多种：蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组，当前复合动力汽车一般是指具有内燃机，再加上蓄电池的汽车。
我国非常重视混合动力汽车的研究与开发，有关工作开始于上个世纪90年代。
在“十五”期间，科技部组织北京理工大学、清华大学、东风汽车公司等国内多家企业、高校和科研机构进行联合攻关，相关研究被列入“十一五”863计划重大项目。
混合动力汽车涉及到几项关键技术，分别是混合动力单元技术、控制策略技术和能量存储技术。
在这几个技术方向，我国科技人员都有一定的突破。
2 纯电动汽车技术纯电动汽车（Battery Elcctdc Vehicle，BEV）是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。
与混合动力最大的不同在于，纯电动汽车完全不使用内燃机作为发动装置，也不使用汽油、柴油等燃料，而是完全采用可充电式电池驱动，其基本结构非常简单，电动发电机和车载电池是其中的关键部件，其中又以电池最为关键。
纯电动汽车的优点是：（1）无污染，噪声低。
由于不采用任何有机燃料作为直接能源来源，纯电动汽车本身不排放污染大气的有害气体，也不产生二氧化碳等温室气体，几乎可以达到“零排放”的标准，并且电动机工作噪声也远远小于内燃机。
锂离子电池热管理技术
锂离子电池热管理技术摘要：能源紧缺和环境污染促进了能量存储技术的不断革新。
为了实现车辆减排和控制污染的目标，许多国家的车企都在努力从传统的燃油汽车向绿色、环保的新能源汽车转变。
在我国“双碳”目标、高油价的大背景下，电动汽车正逐渐成为人们出行的首选交通工具。
三电（电池、电机、电控）是电动汽车的核心，电池又是电动汽车的动力来源，其使用性能的好坏，深刻影响车辆的续驶里程。
车辆在行驶和充放电过程中电池内部将产生反应热和焦耳热，引起电池温度升高，电池单体和模块之间形成温差，如果不能及时有效散热，均衡电池温度，不但会造成电池容量减退，降低动力电池的性能，缩短使用寿命，而且还会导致电池包内不稳定，引起热失控。
此外，极端快速充电和寒冷的气候等恶劣的运行条件会加速电池的老化，老化的电池内部电阻变大，产生过多的焦耳热，造成温度失控。
温度对电池综合性能影响很大，为了安全、高效地利用电池能量，将电池组的温度保持在最佳范围内，以保证电池组的热均匀性，并平衡充放电状态，开发一套性能优良、可靠的电池热管理技术势在必行。
关键词：锂离子电池；热管理技术；策略1风冷技术电动汽车最初普遍采用结构简单的风冷系统。
利用鼓风机的抽吸作用，把外部空气吸入动力电池总成，空气流过电池模组周边，最后动力电池产生的热量随空气从出风口排出，达到对电池散热的效果。
风冷因通风方式不同可被划分为自然对流和强制对流两种散热方式。
自然对流是利用外部冷空气流经每个电池单元表面，进行热交换实现冷却的目的。
强制对流冷却是在此基础上加上机械装置，需要消耗电池的部分能量加以驱动。
强制对流比自然对流更可靠，维护更简便，因此强制对流在不同车型上比较常见。
然而，电池间温度的不均匀性是强制对流亟待解决的一个大问题。
根据通风模式的不同，风冷有串行和并行两种通风模式。
串行通风时，空气进入通风管路依次流过每个电池单体表面，在空气流动过程中，空气温度逐渐升高，和电池之间的温差持续缩小；由于电池模组两侧的温度和流速不同，气流先流过的一侧电池温度低、空气流速大；气流到达另一侧时传热效率降低，这时电池表面温度变化不大，导致两侧电池组之间温度不均匀。
氢燃料电池汽车水、热管理_电动汽车技术PPT
AUTOMOTIVE ENGINEERING RESEARCHINSTITUTE
开放
变革
创新
1 氢燃料电池汽车水、热管理概述 2 氢燃料电池水、热管理技术 3 氢燃料电池汽车水、热管理主要构型 4 热管理团队简介
氢燃料电池汽车水、热管理概述
水、热管理是燃料电池动力系统研究与开发的核心关键技术之一，对 整车动力系统的性能、安全和寿命具有决定性影响。
Battery
H2
Battery
14/17
燃料电池汽车水、热管理主要构型
现代NEXO
15/17
AERI热管理团队
2011年成立热管理团队，到目前为止拥有专业的开发团队、国际一流的从整 车到零部件的测试设备、软件资源、完善的项目开发及管理流程。
以基础数据库、1D/3D仿真、试验验证为手段，为客户提供冷却、空调系统 匹配开发、热管理系统正向开发及优化提升、热管理控制策略制定及标定、 测试验证等服务，车型覆盖传统车及新能源汽车。
2014 燃料电池 镍氢电池1.6KWh
114
-30℃ 70MPa(2)
3.1
180
650
本田 clarity
2016 燃料电池 锂离子电池1.3KWh
103
-30℃ 70MPa(2)
3.1
170
750
现代 NEXO
2018 燃料电池 锂离子电池1.56KWh
95
-30℃，40s 70MPa(3)
3.11
Development of Compact and High-Performance Fuel Cell Stack.SAE 2015-01-1175
8/17
新能源汽车动力电池热管理技术考核试卷
7.在设计电池热管理系统时，无需考虑电池的热特性差异。（）
8.动力电池热管理系统在高温环境下不需要特别的维护。（）
9.电池热管理系统的优化可以减少电池的热风险。（）
10.新能源汽车的动力电池不需要进行热管理。（）
五、主观题（本题共4小题，每题10分，共40分）
1.新能源汽车动力电池的常见类型是______电池。（）
2.动力电池热管理的主要目的是保持电池工作温度在______范围内。（）
3.电池热管理系统中的冷却方式包括______冷却和液体冷却等。（）
4.锂离子电池在高温环境下运行时，可能会出现______加速的问题。（）
5.电池热管理系统中的相变材料通常采用______作为冷却介质。（）
D.冷却系统的成本
17.以下哪些措施可以减少电池热管理系统的能耗？（）
A.优化冷却系统的控制策略
B.提高冷却系统的工作效率
C.减少冷却系统的使用频率
D.使用低能耗的冷却介质
18.动力电池热管理系统在寒冷环境下的挑战有哪些？（）
A.电池内阻增加
B.冷却系统效能降低
C.电池充电困难
D.电池放电效率下降
19.以下哪些因素会影响电池热管理系统中的热传导效率？（）
1. ×
2. ×
3. √
4. ×
5. √
6. ×
7. ×
8. ×
9. √
10. ×
五、主观题（参考）
1.动力电池热管理系统包括电池管理系统（BMS）、冷却系统、温度传感器等，BMS负责监控电池状态，冷却系统维持电池温度稳定，温度传感器监测温度变化。
2.高温环境下电池可能出现过热、容量衰减、安全性降低；低温环境下电池内阻增加、充电困难、放电效率下降，均影响车辆性能。
锂离子动力蓄电池热管理技术
精彩摘录
精彩摘录
在当今世界，随着科技的不断进步，锂离子动力蓄电池已经成为了电动汽车、 混合动力汽车以及其他新能源车辆的核心组成部分。而《锂离子动力蓄电池热管 理技术》这本书，则为我们深入剖析了这一关键技术的核心要点和最新发展。
精彩摘录
书中有一个精彩的摘录，它这样描述：“锂离子动力蓄电池的热管理，不仅 仅是确保电池安全、高效运行的关键，更是新能源车辆能否真正取代传统燃油车 的决定性因素。”这句话深刻地揭示了热管理技术在锂离子动力蓄电池中的重要 地位。
作者简介
作者简介
这是《锂离子动力蓄电池热管理技术》的读书笔记，暂无该书作者的介绍。
谢谢观看
精彩摘录
另一个令人印象深刻的摘录则是：“热管理技术，就是要确保电池在任何工 作条件下，都能维持在一个最佳的温度范围。这涉及到对电池的冷却、加热、以 及温度均衡等多个方面的综合考虑。”这段话详细解释了热管理技术的复杂性， 以及为何我们需要一个系统性的方法来管理和控制锂离子动力蓄电池的温度。
精彩摘录
精彩摘录
《锂离子动力蓄电池热管理技术》这本书的精彩摘录，为我们揭示了热管理 技术在锂离子动力蓄电池中的核心地位，以及它对整个新能源车辆行业的重要性。 通过这本书，我们可以更深入地了解这一技术，为未来的新能源车辆技术的发展 和应用提供坚实的理论基础。
阅读感受
阅读感受
随着科技的飞速发展，电池技术已经成为制约电动汽车等新能源领域发展的 关键因素。作为一名对新能源技术充满兴趣的读者，我最近阅读了《锂离子动力 蓄电池热管理技术》这本书，深感其对于我们理解并掌握这一领域的重要性。
目录分析
《锂离子动力蓄电池热管理技术》这本书的目录分析表明，这本书对于锂离 子动力蓄电池热管理技术进行了全面、深入的剖析和阐述，为读者提供了一个相 对完整和科学的热管理知识体系。通过学习和掌握这本书的知识和技能，我们可 以更好地理解和应用锂离子动力蓄电池热管理技术，为推动电池产业的可持续发 展和绿色能源革命作出更大的贡献。
[干货]动力电池热失控及热扩散测试评价-2017中国新能源汽车先进电池热管理技术论坛
![[干货]动力电池热失控及热扩散测试评价-2017中国新能源汽车先进电池热管理技术论坛](https://img.taocdn.com/s3/m/b0db82127dd184254b35eefdc8d376eeaeaa17b8.png)
[干货]动力电池热失控及热扩散测试评价-2017中国新能源汽车先进电池热管理技术论坛展开全文11.11号，2017中国新能源汽车先进电池热管理技术论坛在上海成功举行，吸引了400余名行业精英参与。
来自中国汽车技术研究中心的技术专家刘磊老师做了“动力电池热失控及热扩散测试评价”的主题分享。
以下是演讲内容：今天报告的主题是动力电池热失控及热扩散测试评价，主要从产品热安全特性评价的角度和大家作交流。
报告主要包括6个部分，但是重点集中在了热失控和热扩散相关标准法规的介绍，以及目前对于热失控和热扩散标准修订的一些进展的分享。
我们都知道锂电池和动力电池在应用过程中会出现各种各样的失效的形势，原因很多，包括环境的，以及电滥用以及机械的一些损伤，也包括电池自身的品质原因可能导致的问题。
这里我展示了几个曲线，包括针刺、挤压和跌落，这三种失效形势，在热失效过程中电压迅速下降，同时伴随温度上升，也就是电池在失效的过程中，基本上都是能量以热量的形式迅速释放，电池的温度迅速升高，这样达到热失控的现象。
对于动力电池系统而言，是用大量的单体和模组形成的。
电池的失效往往是一两个单体的失控首先发生，然后通过热扩展发生的扩展问题。
所以我们对电池的热失控和热扩散的研究，对于我们理解电池的热安全以及在电池系统热安全的设计方面是很有意义的。
接下来我对相关的热安全的标准、法规作一个介绍。
我这里罗列了两个标准，一个是GBT31485，还有一个是UL 1624，这两个标准都对单体和模块热安全方面进行了规定。
实验方法都是加热的方式，条件也比较接近，要求环境温度达到130度，但是国标要求严苛一些，要求在130温度下保持30分钟。
130度对锂电池是临界区间，如果温度再高的话，大部分的锂电池可能就会发生热失控。
专门针对电池的热失控和热扩散的标准，其实全球范围内是包括这三个标准，一个是SAE J 2464，这个标准既包括了热失控也包括了热扩散，它是一个实验方法并未说实验达到什么程度然后判断是否通过。
锂离子动力电池液体热管理技术综述
锂离子动力电池液体热管理技术综述目录一、内容描述 (2)1.1 锂离子动力电池的发展背景与重要性 (3)1.2 液体热管理技术在锂离子动力电池中的应用意义 (4)二、锂离子动力电池工作原理及热特性 (5)2.1 锂离子动力电池工作原理简介 (6)2.2 锂离子动力电池的热产生机制与传热方式 (7)2.3 锂离子动力电池的热稳定性与热安全性分析 (9)三、液体热管理技术分类及研究进展 (10)3.1 液体冷却系统 (11)3.1.1 液体冷却液的选择与性能要求 (12)3.1.2 液体冷却系统的设计与优化 (13)3.2 热管技术 (15)3.2.1 热管的工作原理与传热特性 (16)3.2.2 热管在锂离子动力电池中的应用案例 (17)3.3 微槽群热沉技术 (18)3.3.1 微槽群热沉的工作原理与优势 (19)3.3.2 微槽群热沉在锂离子动力电池中的应用研究 (20)四、液体热管理技术的性能评价与优化策略 (21)4.1 性能评价指标体系建立 (23)4.2 优化策略探讨 (24)4.2.1 结构优化 (25)4.2.2 材料选择与优化 (26)4.2.3 控制策略与算法研究 (27)五、液体热管理技术在锂离子动力电池中的应用前景与挑战 (28)5.1 应用前景展望 (30)5.2 面临的挑战与应对措施 (31)六、结论 (32)6.1 主要研究成果总结 (33)6.2 对未来研究的建议与展望 (34)一、内容描述引言：简述锂离子动力电池在新能源汽车领域的应用背景及其面临的挑战，尤其是热管理的重要性。
概括性地介绍当前热管理技术的现状和存在的主要问题。
锂离子动力电池基本原理与热产生机制：介绍锂离子动力电池的基本工作原理、电池反应过程中的能量转换以及由此产生的热量。
分析电池热产生的主要因素，包括化学反应热、电阻热以及外部环境影响等。
液体热管理技术的原理与分类：阐述液体热管理技术的原理，即通过液态冷却介质在电池组之间循环流动，带走电池产生的热量，保持电池温度的稳定。
《电动汽车动力电池：从材料到系统设计》札记
《电动汽车动力电池：从材料到系统设计》阅读笔记目录一、内容简述 (2)二、电动汽车动力电池概述 (3)三、动力电池材料分析 (4)3.1 正极材料 (5)3.2 负极材料 (5)3.3 隔膜材料 (6)3.4 电解液及添加剂 (8)四、电池系统设计原理 (10)4.1 电池单元设计 (11)4.2 电池模块设计 (12)4.3 电池包与热管理系统设计 (13)4.4 电池均衡与保护电路设计 (14)五、电池生产工艺及制造技术 (15)5.1 电池材料制备工艺 (17)5.2 电池组装工艺 (18)5.3 电池测试与筛选技术 (20)六、电动汽车动力电池的挑战与发展趋势 (21)6.1 当前面临的挑战 (22)6.2 发展趋势及前景预测 (23)七、案例分析与应用实例 (25)7.1 某型电动汽车动力电池系统介绍 (26)7.2 电池系统性能优化措施分析 (27)7.3 实际应用中的表现与改进建议 (28)八、结论与展望 (30)一、内容简述本书首先介绍了电动汽车动力电池的发展历程和现状，概述了当前市场上主流的电池类型，如锂离子电池、镍氢电池等，并简要分析了各自的优缺点。
书中对动力电池的核心材料进行了详细介绍，包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜等关键组件的基础理论、性能特点以及最新的研究进展。
书中重点阐述了电池的材料性能对电池整体性能的影响，以及材料选择对电池安全性、寿命、成本等方面的决定性作用。
本书深入探讨了电池系统的设计理念与原则，包括电池的结构设计、热管理、电安全管理等，展示了如何将单个电池单元组合成具有高能效、长寿命和可靠性的电池系统。
书籍还涉及到了电池制造过程中的关键技术、工艺流程以及质量控制措施。
针对电动汽车的实际需求，书中对电池系统的匹配与设计进行了阐述，包括与整车其他系统的协同设计、电池包的轻量化等方面。
本书还展望了动力电池的未来发展趋势，特别是在新材料、新工艺、智能化等方面的前景。
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Heat Q/W
250 200 150 100
5Hale Waihona Puke 0-50 0 -100Internal heat variation of coolant Internal heat variation of battery group
300 600 900 1200 1500 1800 Time t /s
电池组综合比热容1.24 kJ/kg℃
Liquid box
Coolant inlet
•靠工作介质的汽、液相变传热，具有很高的导热能力 •电池温度场均匀性好 •电池散热量通过热管传递到介质中，对冷源的负荷具有削峰填谷的作用
热管式电池热管理技术—单体性能研究
热管典型参数
总长 (mm) 蒸发段长度 (mm) 冷凝段长度 (mm) 外径 (mm) 厚度 (压扁部分) (mm) 有效孔隙半径 (µm) 孔隙率 吸液芯材料 吸液芯型式 工作介质 折弯角度 折弯半径 (mm) 翅片型式 翅片高度 (mm) 翅片厚度 (mm) 翅片数量 (带翅片的)
2016年新能源汽车空调系统发展创新论坛
电动汽车动力电池热管理技术
邹慧明 中国科学院理化技术研究所
热管理系统
背景
• 缓解能源环保压力 • 加快产业结构调整 • 提升汽车业制造水平
低技 碳术 环难 保题
无发动机余热——采暖问题 电池、电机等温控问题 系统空间的局限性
电动汽车安全高效舒适运行的重要保证
背景—电池基本原理
•电解液、正、负极、膜、粘合剂等化学分解产生的反应热 •电池内阻存在而产生焦耳热
背景—电池热力特性
•温度对电池的性能和使用寿命具有很大的影响
• Sato 等人研究表明，当电池温度高于
50℃时，放电 效率和使用寿命都会有很
大的衰减。
• Khateeb 等人指出锂电池温度在70-
100℃范围运行时，就会存在很大的安
35
35
45
45
-20
-20
In-car temperature (℃)
27
27
45
45
-20
20
EXV1 opening (%)
0
0
0
0
100
100
EXV2 op电enin池g (%冷) 却环路的增加，压缩机输84 入功8变4 化很6小3 ； 63
0
0
EXV3 op3en5in/g2(7%工) 况下，系统总制冷量增0加19.8440%，CO0 P增加9了0 18.600%； 0
背景—电池热管理技术现状—空气
•车外空气冷却
•车厢内的排风冷却
•空调制冷后的空气冷却
本田，NISSAN LEAF, Audi
背景—电池热管理技术现状—空气
Insight
Prius
背景—电池热管理技术现状—液体
背景—电池热管理技术现状—液体
雪佛兰VOLT
背景—电池热管理技术现状—液体
Audi A3
30
25 20
15
10 5
300
600
900
Time t/s
0
1200
0
35℃/33%
Coolant average temperature
50
Battery average temperature
45
Temperature difference
40
35
Temperature T/℃
30 25
20 15
Qp -Preheating heat by PTC
Qc -cooling heat by battery chiller
Pump
Qci –Coolant internal heat variation
Qbi
= cbmb
∂Tba ∂t
= Qg
+ Qt
Qci
= ccmc
∂Tca ∂t
= Qt
+ Qp
+ Qc
10 5
300 600 900 1200 1500 1800
0
Time t/s
0
45℃/33%
Coolant average temperature Battery average temperature Temperature difference
41.18 41.58 55.4 54.31 20.78
58
Sub-cooling temperature (℃)
0.3
0
7.36 1.98 21.62 9.45
Cabinet refrigerant flow rate (kg/h)
135.16 134.0 192.01 180.4 43.2 47.56
42.51 50.34 45.53 55.0 30.27 42.05
COP
2.15 2.55 2.31 2.80
2.0
1.34
热管式电池热管理技术—台架性能研究
Qg -Generated heat by batteries Qbi –Batteries internal heat variation Qt -Transfered heat by HPHE
1.2
Heat transfer performance per heat pipe qhp /W/℃
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0 300 600 900 1200 1500 1800 Time t /s
单热管传热性能：0.86 W/℃
热管式电池热管理技术—台架性能研究
Temperature T/℃
热管式电池热管理技术—单体性能研究
轻量化热像
1
2
3
4
5
轻量化后II号板和III号板的平衡 时的平均温度有所降低，但II &III 号铝板的温度均匀性比实心板要差，
温度梯度从上往下逐渐变大，随着 发热量的增加，温差梯度增强；
开设大孔的I号板，无论是平衡 时平均温度还是温度均匀性都比实 心板差；
而从侧面开孔的IV号板，在轻量 化试验的五块铝板中温度均匀性最 差
全隐患。
• Pesaran 等人提出电池最佳的工作温度
范围是 25 ~ 40℃，合理的温度是不高
于50℃。
• 电池温度极低时（如0度以下），放电
过程实现困难。
科学问题
•低品位热源的高效散热技术 •低温条件下的预热
背景—电池热管理技术现状
空
•车厢内的空气
冷
•空调制冷后的空气
•强制对流
相
变
材
料 液
冷
制 冷 剂
Cabinet cooling/heating capacity (kW)
5.24 5.19 7.22 6.61 2.96
2.75
Battery chiller refrigerant flow rate (kg/h)
--
25.36
--
63.96
--
--
Battery chiller cooling capacity (kW)
放电状态
放电电流
最大持续放电
最大瞬间放电 (<10s)
0.2C 0.4C
1C 2C 3C 4C 5C
6C
放电电流 值 (A) 3.3 6.6 16.5 33 49.5 66
82.5
单体电池发热 量 (W) +0.41 +1.35 +3.78 +11.92 +24.42 +41.27
+62.48
99
+88.04
热管式电池热管理技术—单体性能研究
冷却响应
恒温环境箱温度设定为35℃,恒温水浴温度设定为20℃； 发热量10W以下时，电池表面温度维持在40℃之下，相当于放电电流为2C的工况； 电池发热量增大，表面温度大约每10W上升10℃，40W发热量情况下接近于70℃； 高发热量的工况时电池放电终了温度低于稳定温度，如40W时运行900s后温度大 约为62℃； 浸没在水槽中的热管段加翅片对电池的冷却效果得到增强，平衡温度或峰值温度 都有较大下降； 在主要的电池充放电工况下能使电池温度维持在最佳温度范围，即使在恶劣的工 况条件下电池温度也能控制在许可的范围内，避免热失控。
管带走，达到很好地热管理效果。
热管式电池热管理技术—单体性能研究
低温唤醒响应
热管在低温环境（-15℃和-25℃）中持续14～16小时的状态，并给出了加热被“唤 醒”的响应过程。可以看出热管可以很快被“唤醒”，并进入工作状态
热管式电池热管理技术—单体性能研究
预加热响应
不带 翅片
带翅片
采用温度为40℃的加热介质，其预热所需时间比采用20℃的要快很多，达到所考察的温度点的 时间只有1/3左右； 增加翅片后电池预热时间大大缩短，约1/4—1/3时间，加热介质温度低（20℃）时效果更明显。
ESvuappeor-rhaet4oa5rtien/vg4atp5eom工rapte况inragt下tuerme，(p℃er系)atu统re (总℃)制冷量增-01..9加439 23.-050..57468%，C91O..9268P增加121.了5.79 21.-22031.0.%113；
-21.58 1.37
Porsche Panamera
背景—电池热管理技术现状—液体
背景—电池热管理技术现状—制冷剂
BEHR
Jarrett & Kim Queen’s Un. CA
热管式电池热管理技术
热管式电池热管理技术—概念的提出
Heat transfer plate
Battery