电动汽车动力电池热管理技术的研究与实现_李军求

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。并行通风时，空气同时流过不同电池表面，流速相对一致，各电池的热交换情况几乎相同，改善了模组温度均衡性，因此并行通风被广泛应用。电池的排列方式也会影响风冷效果，顺排布置的电池模组，虽然冷却气流的流动阻力较小，但电池单元的接触面积少，对流效果不佳，散热效率较差，通常不采用。交叉布置增大流经电池之间的气流扰动，提高了散热效果，但流动阻力损耗较大。采用梯形布置方式可提高传热系数，均衡电池两端散热效果，使电池组整体温度基本保持在比较稳定的水平。

动力电池的电池包散热设计与热管理技术

动力电池作为电动汽车的核心部件之一，其性能和寿命直接影响着电动汽车的续航能力和可靠性。而电池包的散热设计与热管理技术则是保证动力电池正常工作的重要因素。本文将探讨动力电池的电池包散热设计与热管理技术，以及其在电动汽车领域的应用。

一、动力电池的散热设计意义重大

动力电池在工作过程中会产生大量的热量，如果不及时进行散热，将会导致电池温度升高，进而影响电池的性能和寿命。因此，合理的散热设计对于提高动力电池的工作效率、延长电池寿命至关重要。

二、电池包散热设计原则

1. 热平衡原则

动力电池包内各个单体之间的温度必须保持在一个合理的范围内，不同单体之间的温差不宜过大。这需要通过散热系统的设计来保证电池内部的热平衡。

2. 散热方式选择

散热方式的选择要根据电池包的具体情况来确定。常见的散热方式有水冷、风冷和传导散热等。水冷散热系统具有散热效果好、能耗低等优点，但也存在维护成本高和系统复杂度高等问题。因此，在实际应用中需要根据电池包的实际情况选择合适的散热方式。

3. 散热辅助设计为了提高电池包的散热效果，可以通过增加散热片、优化散热通道等方式进行改进。此外，还可以利用材料的导热性能来提高散热效果。例如，在电池包边缘或关键部位植入导热材料，增强热量的传导和散发。

三、热管理技术在电动汽车中的应用

1. 温度传感器技术

通过在电池包内部设置温度传感器，实时监测电池的温度变化，及时采取散热措施。温度传感器也可用于电池单体之间的温度均衡控制，实现单体之间的温差控制在一个合理的范围内。

2. 散热系统控制技术

散热系统的控制技术是热管理的核心。通过实时监测电池包的温度、湿度等参数，并根据预设的温度范围进行控制，可以实现散热系统的自动调节和优化。

3. 主动热管理技术

主动热管理技术是一种针对电池包温度的控制技术。通过控制电池包内部风扇的转速、液冷系统的开关等，可以及时地调整散热系统的工作状态，以保证电池包的温度在一个合理的范围内。

动力电池热管理系统的优化设计

随着电动汽车市场的迅速发展，动力电池的性能和安全性成为了人们关注的焦点。其中，热管理系统对于保障电池的性能、寿命和安全性起着至关重要的作用。一个优秀的热管理系统能够有效地控制电池的温度，确保其在各种工况下都能稳定运行，从而提高电动汽车的续航里程和可靠性。

动力电池在工作过程中会产生大量的热量，如果不能及时有效地散发出去，就会导致电池温度过高，从而影响电池的性能和寿命。高温会加速电池内部的化学反应，导致电池容量衰减、内阻增大，甚至可能引发热失控等安全问题。相反，如果电池温度过低，也会降低电池的充放电性能和效率。因此，设计一个高效的热管理系统对于保证动力电池的正常运行至关重要。

目前，常见的动力电池热管理系统主要包括风冷、液冷和相变材料冷却三种方式。

风冷系统结构简单、成本低，但冷却效果相对较差，适用于一些对温度要求不高的场合。风冷系统通过风扇将冷空气吹过电池模组，带走热量。然而，这种方式的冷却效率受到空气流速和散热面积的限制，在高温环境下可能无法满足电池的散热需求。

液冷系统则具有较好的冷却效果，能够快速均匀地降低电池温度。液冷系统通过冷却液在管道中循环流动，将电池产生的热量带走。冷却液通常具有较高的比热容和热导率，能够有效地吸收和传递热量。不过，液冷系统的结构较为复杂，成本也相对较高，而且存在冷却液泄漏的风险。

相变材料冷却则是一种新兴的技术，它利用相变材料在相变过程中吸收或释放大量热量的特性来实现电池的温度控制。相变材料在吸收热量时会从固态转变为液态，从而有效地降低电池温度。然而，相变材料的热导率通常较低，可能会影响其散热效率，而且相变材料在多次相变后性能可能会下降。

为了优化动力电池热管理系统，我们可以从以下几个方面入手：

首先，优化热管理系统的结构设计。合理布置电池模组、冷却管道和散热片等部件，增大散热面积，提高热量传递效率。例如，可以采用蛇形冷却管道或者微通道冷却板，增加冷却液与电池的接触面积，从而提高冷却效果。

纯电动汽车电池热管理技术研究

AUTO TIME 121 NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车时代汽车纯电动汽车电池热管理技术研究贾明正　李雪丽　赵志豪黄河交通学院汽车工程学院河南省焦作市 454950摘要：随着新能源汽车的快速发展，电动汽车愈来愈受到人们的青睐，人们对电池热管理技术的改进也越来越深入。为了让更多的人了解电池热管理技术，给后期欲从事电池热管理系统研究者提供参考，本文就几种常用电池热管理系统的基本原理、优缺点及其研究现状进行了分析总结。关键词：纯电动汽车　电池热管理　冷却

电动汽车作为新能源汽车主要类型之一，其销量也在逐年上升。但续驶里程短、充电时间长以及偶有发生的电动汽车自燃、起火事故等一直广为诟病。针对这些问题，业界人士提出：一是要大力研发能量密度更高、可以快速充放电、使用更加安全的电池；二是要提高电池的管理技术和管理手段，构建一个更加科学、完善的电池管理系统，更好发挥电池的性能。在电动汽车电池管理当中，热管理系统是电池管理系统的核心组成之一。电动汽车的电池在正常工作中，会因为锂离子在电池内部的嵌入和脱嵌、电流在电池及电池组内的流动以及电池内各种微小的副反应等原因产生大量的热量，这些热量如果不尽快排出，堆积在电池包内部，会使电池的温度升高，当时间过长或温度超过许用上限时，会严重影响电池的寿命甚至直接使电池短路爆炸。此外，锂离子电池在温度较低的环境充电时，会出现锂枝晶现象，不断生长的枝晶存在刺穿隔离膜致使电池短路的风险。因此，电动汽车电池热管理系统的好坏直接关系到电池组的安全性能及充放电性能。电池热管理技术的研究，目前主要集中在如何导出电池工作时产生的热量，使电池在最佳的温度范围内工作。现在应用于纯电动汽车上的冷却方法主要是风冷、液冷、直冷，同时相变材料在电池热管理中的应用也作为一个研究热点。下面依次对主要的电池冷却类型及研究现状进行介绍，同时简单介绍电池低温加热方式，为纯电动汽车电池热管理系统的选择、优化设计提供参考。1　风冷风冷是最早开始使用的动力电池冷却技术。按风的流动动力有自然风冷和强制风冷两种，而按风冷系统风道划分有串联冷却和并联冷却两种，如图1所示。风冷系统的优点在于结构上比液冷、直冷系统简单，功率消耗低。但是由于其流道布置使得空间利用率低、防水防尘困难，因此不适用于排列紧密的方形、软包电池。此外，在外界空气温度过高、过低时热管理系统难以满足需要，需要空调系统送风冷却等。因此风冷系统冷却性能难以满足使用需求，正在逐步被液冷、直冷系统取代。对于风冷系统，罗宗鸿[1]通过建立使用18650型号圆柱电池的电池包三维模型，并结合计算机仿真分析和相关实验，探究了在电池包箱体不同位置开设进、出风口，以及电池在电池包内不同排布时风冷散热的有效性和局限性，为后续研究提供了理论指导和可靠依据。高肖璟[2]重点考虑到单体电池表面温度与内核温度的不一致，通过建立单个电池电热耦合模型进而建立了电池组电热耦合模型，在验证了模型的精度后，设计了一个“模型预测温度控制器”，该控制器通过控制入口Research on Battery Thermal Management Technology of Pure Electric VehicleJia Mingzheng　Li Xueli　Zhao ZhihaoAbstract： With the rapid development of new energy vehicles, electric vehicles have become more and more popular, and people have made more and more improvements in battery thermal management technology. In order to let more people understand battery thermal management technology and provide references for researchers who want to engage in battery thermal management system later, this article analyzes and summarizes the basic principles, advantages and disadvantages and current research status of several commonly used battery thermal management systems.Key words：blade electric vehicles, battery thermal management, cooling122 AUTO TIMENEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车

电动汽车动力电池组热管理系统研究

.

.. 电动汽车动力电池组热管理系统研究

摘要：相比较传统燃油汽车，电动汽车具有更加高效、更加清洁的优点。电动汽车工作性能的好坏很大程度上取决于电池的工作性能。温度作为影响电池工作性能的重要因素，对电动汽车的使用性和安全性有着非常大的影响。在简要归纳动力电池组热管理必要性和系统功能的前提下，从电池最优工作温度范围、热场计算、温度传感器布置、风机功率选择和电池包设计等几个方面介绍了动力电池组热管理系统的设计要点，并对不同冷却方式进行对比分析，为后续研究提供参考。

关键词：电动汽车电池温度热管理

中图分类号：TM91 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（a）-0178-03

Research On Electric Vehicle Battery Thermal Management

System

Yang Guosheng

（Shaoxing Traffic Police Detachment，Shaoxing Zhejiang，312000，China）

Abstract：Compared with the traditional fuel vehicle，electric vehicle had advantages on more effective and more .

.. clear.The electric vehicle's performance was mostly decided by

battery's performance.As the main influence factor of battery's

performance，battery temperature had significant effect on

electric vehicle's usability and safety.On the basis of briefly

电动汽车动力电池热管理技术

【干货】电动汽车动力电池热管理技术作者：一气贯长空

电动汽半动力电池热管理慾

吓

・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

热管理系统j 电动汽车安全高效运行的重要保证节能・新能源兔盖少背景一电池基本原理

•电解液、止、负极.膜、粘合剂等化学分解产牛•的反应热 •电池内阻存在而产生焦耳热背景一电池热力特性 •

Salo等人研究表明，当电池温度高于 50°C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°C范围运行时，就会存在很大的安全隐患。

• Pesaran等人提出电池最佳的工作温度范圉是25〜40°C,合理的温度是不高于 50°C。

•电池温度极低时（如0度以下），放电过程实现困难。 __________________________ •温度对电池的性能和使用寿命具有很大的影响I Illi

科学问题 •低品位热源的高效散热技术

•低温条件下的预热正极材料：磷酸铁锂等工作温度:

-20°C — +75°C

:

3.2V

正极材料: 媒钻融酸锂等工作甌： -J2O°C — +45°C

标称电压:

3.7V 背景一电池热管理技术现状

相变材料背景一电池热管理技术现状一空气

Outside Air

•车外空气冷却 Battery Pack Exhaust

CS8

•车厢内的排风冷却 Battery duct position

C23

sf EtoctrxL Orvw Meter

4-III. NISSAN LEAR Audi •空调制冷后的空气冷却

电动汽车动力电池热管理技术的研究与实现郭旭阳

发布时间：2023-05-18T09:02:45.927Z 来源：《中国科技信息》2023年4期作者：郭旭阳

[导读] 锂离子电池是电动汽车的动力来源，随着电动汽车市场的日益扩大，对动力电池提出了更高的要求

凯迈（洛阳）机电有限公司 417003

摘要：锂离子电池是电动汽车的动力来源，随着电动汽车市场的日益扩大，对动力电池提出了更高的要求。本文以某公司自主研发的三元

锂离子电池为例，对其热管理系统进行设计，并通过试验验证了该热管理系统对电池冷却的效果。

关键字电动汽车动力电池热管理

引言

随着国家经济的发展和科学技术的进步，新能源汽车受到越来越多的关注。电动汽车作为新能源汽车的重要组成部分，市场占有率也在逐

年上升；随之而来电动汽车的电池安全问题也日益突出。电动汽车有三种主要类型：燃料电池汽车、混合动力汽车和纯电动汽车。目前我

国正大力推广纯电动汽车，随着科技水平的提高和相关研究成果的积累，未来将成为世界主要国家中推广最快、应用范围最广的电动车。

一、研究背景

在电动汽车迅速发展的今天，电池技术得到了巨大的进步。然而，电池的发展也带来了一个问题，即电池散热问题。散热问题不仅仅是技

术上的问题，也是安全问题。动力电池工作时，最佳的温度区间是20℃~40℃，温度过高和过低都会影响电池的效率和安全。因此需要研究

动力电池热管理系统来平衡散热需求和散热能力，以保证动力电池稳定、安全地工作。

随着电动汽车的发展，电动汽车对电池的要求也越来越高。目前常见的电动汽车动力电池有三元锂离子电池和磷酸铁锂电池两种，由于三

元锂离子电化学性能更优越、寿命更长、安全性能更好等优点，在电动汽车中的应用越来越广泛。但三元锂离子电池也有一定缺陷——低

温下充放电性能差、寿命短。为了克服三元锂离子电池在低温下性能差、寿命短的问题，对三元锂离子动力电池进行热管理系统设计与研

究显得尤为重要。

电动汽车的发展，一方面，给我们带来了新的出行方式，另一方面，也给我们带来了新的问题——电池问题。对于动力电池的安全问题，

电动汽车动力电池热管理技术的研究与实现

龙源期刊网

电动汽车动力电池热管理技术的研究与实现

作者：张会刘磊刘明

来源：《中国科技博览》2018年第06期

[摘要]动力电池是电动汽车的储能装置，性能优劣给电动汽车的经济与动力指标产生直接影响。锂离子电池是当前电动汽车常用动力电池，性能受温度影响较大，温度过高导致电池性能衰减严重，温度过低影响电池功率的正常输出，因此，电动汽车动力电池热管理技术研究，成为业内研究与关注的热点。

[关键词]电动汽车动力电池热管理技术研究实现

中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0086-01

当前人们的节能减排、环保意识不断增强，环保产品得以广泛应用，电动汽车在方便人们出行的同时，几乎不会造成环境污染，受到越来越多人的喜爱。动力电池作为电动汽车的动力输出装置，性能成为评价电动汽车质量的重要指标。考虑到温度给动力电池性能的影响较明显，有必要做好动力电池热管理技术研究，给动力电池性能优化方案的制定提供依据。

一、电动汽车电池热管理设计

电动汽车电池热管理设计涉及诸多专业知识，电池性能模型与热分析模型是重要理论。其中电池性能模型可实现电池工况特征的模拟，掌握电池热模型输入情况。电池热分析模型可实现电池组温度分布特征的研究，对管理系统设计合理性进行评估。对电池进行热管理仿真分析中有限元分析软件是重要工具，实现流程如图1所示：

二、锂电池温度适应性研究

本文以某型35A·h铝塑膜锂离子电池为对象，对其温度适应性情况进行研究。

1.不同充放电倍率下锂电池温度特性

常温条件下，将充满电的锂离子电池按不同倍率持续放电，绘制温升曲线。电池完全放电后，进行不同倍率下的恒流、恒压充电，绘制温升曲线。研究得知，在充电与放电期间，倍率增加温升逐渐增大，4C放电时电池温度升高17℃，4C充电时电池温度升高14℃，在高温条件下，锂离子电池进行大倍率放电时，产生的热量较多，应注重放热。

新能源电动汽车的动力电池热管理测试探究

摘要：近些年，新能源电动汽车发展迅速，广受大众青睐。动力电池是新能源电动汽车的储能装置，是其重要的动力源泉，动力电池性能的好坏直接决定着电动汽车的运行效果。但电动汽车在热环境中运行时，电池组会长期进行充放电，导致电池性能下降，影响使用寿命，从而影响电动汽车运行的安全性和可靠性。所以，文章通过新能源电动车动力电池热管理实验，探讨了热管理系统控制动力电池工作的最适宜温度与冷却方式，旨在保证新能源电动汽车的运行安全。

关键词：新能源电动汽车；动力电池；热管理实验

随着国家政策扶持力度的不断加大，新能源电动汽车逐渐成为大众出行的重要工具。然而，新能源电动车自燃现象在近些年经常出现，使得热失控问题引起社会的高度关注。在新能源电动汽车中，想要使其续航里程增加，就需要提高动力电池的能量密度，但此类电池又受高温的影响较大，风险隐患极高。所以就需要实时监测与精准控制电动汽车动力电池的温度，优化动力电池热管理系统设计。

1新能源电动车动力电池热管理实验

1.1实验概况

本次热管理实验旨在探究新能源电动汽车中动力电池热管理系统的运行原理，利用对系统各项功能的有效验证，来合理化改进热管理系统各方面设计，以此为新能源电动汽车的整车热管理标定设计出有针对性的热管理方案。本次热管理实验选择在风洞模拟实验室内展开，全面监测电动汽车全车运行中动力电池的工作性能。在风洞模拟实验室中，能够完成零下40摄氏度到零上70摄氏度的温度调节，可以对电动汽车的高速运行工况、快速充电工况以及加速爬坡工况等复杂条件下运行的各种温度环境进行全方位模拟[1]。在动力电池包的冷却水进出口位置，安装水温与流速的传感装置，并加装流量计，通过各点位温度与BMS系统对电动汽车动力电池的运行情况进行全面监测。

1.2实验流程

在热管理实验过程中，必须保证实验舱的温度稳定，将电动汽车启动，使其处在转毂实验台上模拟行驶，参与实验的司机在模拟驾驶车辆时，按照各类工况来模拟曲线图控制油门踏板以及制动踏板深度。在车辆处在低温冷启动、高速行驶/快充、静止快充以及加速爬坡等运行工况中时，对车辆电池系统的放电电压/电流的大小进行全面探索。通过对电动汽车动力电池的冷却系统启动运行情况的研究，以及动力电池温度升降变化情况与电能充放电循环效率对驱动电动机的输出功率、扭矩、车速的影响研究，来分析电动汽车动力电池热管理系统的各项性能。

电动汽车动力电池热管理技术的研究与实现 2

电动汽车动力电池热管理技术的研究与实现

随着全球环保意识的提高，电动汽车逐渐取代传统的燃油车成为了未来的发展趋势。其中，动力电池是电动汽车的核心组成部分，但是在运行过程中会产生大量的热量，热管理成为电动汽车发展的一个关键问题。

一、动力电池热管理的意义

动力电池的热管理是指通过控制电池所在环境温度，以及电池自身发热量来维持其运行温度，从而保障其安全、性能和寿命。动力电池在运行过程中必然会产生热量，而超过一定温度时电池就会失去性能，大量发热还可能导致严重的安全问题，比如自燃。因此，动力电池热管理是电动汽车开发中需要重点研究和解决的问题。

动力电池热管理技术主要分为动态热管理和静态热管理两种。

1. 动态热管理

动态热管理是指在电池运行过程中实时监测其温度，并通过调整散热系统来控制电池的温度。一般使用风扇、液冷系统等方式来散热。其中，液冷系统的热管理效果最好，不仅能够精确控制电池的温度，还能够降低噪音和提高电池的寿命。

静态热管理是在停车状态下通过调整电池的环境温度来进行热管理。目前的静态热管理主要包括天窗通风、空调预处理、加热片预处理等方式。

1. 散热系统设计

电池组在车辆中的位置、电池壳体和电池组内部的气流导向等都会影响散热系统的设计。在设计散热系统时，必须考虑到电池在不同状况下的典型温度曲线和散热系数。

2. 温度控制

使用精确的温度控制器，对动力电池的温度、湿度和空气质量进行监测。通过过冷和过热的温度警报，可以实时监控各个部件的工作状态并采取应对措施。

3. 开发适合电池的散热材料

电池的工作温度必须保持在设计温度范围内，因此，选择合适的散热材料非常重要。比如选择导热性能好的材料、加强电池和散热部件的接触、降低接触热阻等方式都可以有效地提高电池的热管理效果。

四、热管理技术实践案例 - 特斯拉特斯拉电动汽车使用的是永磁同步电机，以及三元锂离子电池等先进技术，因此其热管理技术也十分先进。特斯拉电动汽车主要采用了以下几种热管理技术：