电动汽车动力电池热管理技术-中科院理化所
电池热管理技术及应用
汇报人：xxxxx 2023-11-23
目 录
• 电池热管理技术概述 • 电池热管理技术的应用场景 • 电池热管理技术的关键要素 • 电池热管理技术的解决方案 • 电池热管理技术的发展趋势与挑战 • 电池热管理技术应用案例分析
01
电池热管理技术概述
电池热管理的定义与重要性
定义
空间电源系统的优化
通过电池热管理技术，优化空间电源系统的性能和可靠性，提高空间探索的安 全性和效率。
其他领域
电子设备的温度控制
在电子设备中，电池热管理技术可以有效控制设备的温度，以提高设备的性能和 可靠性。
电动工具的温度控制
电动工具在使用过程中会产生大量热量，通过电池热管理技术可以有效控制温度 ，提高工具的安全性和使用寿命。
3. 液体冷却：散热效率高、均匀性好， 适用于高功率应用场景，但需要解决密 封、防泄漏等问题。
2. 主动散热：散热效率高，适用于高功 率应用场景，但结构复杂、成本较高。
比较
1. 被动散热：结构简单、成本低，但散 热效率相对较低，适用于小型电池和低 功率应用场景。
02
电池热管理技术的应用场景
电动汽车领域
03
电池热管理技术的关键要素
电池的热特性与建模
电池热模型的建立
利用热传导、热对流和热辐射等 基本传热方式，建立电池热模型 ，以模拟电池在不同工况下的温
度变化。
电池产热机制
了解电池在不同充放电状态下的 产热机制，包括化学反应产热、 电流产热等，为热管理系统的设
计提供依据。
电池热物性参数
掌握电池材料的热导率、比热容 等热物性参数，以便在建模过程
电池模块设计也是电池热管理技术的 一个重要方面。目前，电池模块设计 主要关注电池的能量密度和安全性， 但还需要考虑电池的热管理性能。为 了提高电池模块的热管理性能，科研 人员正在研究新的电池模块设计和技 术，如空气冷却、液体冷却等。
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
新能源汽车整车热管理系统介绍
新能源汽车整车热管理系统介绍一、背景相较于传统燃油车热管理的对象为发动机、变速箱和空调等系统，新能源汽车的热管理新增了动力电池、电驱动等热管理对象。
从内燃机到电动车零部件的变化燃油车热管理系统主要包括空调制冷系统，和以发动机为热源的座舱暖风系统。
其主要零部件包括机械式空调压缩机、膨胀阀、蒸发器、冷凝器、以及发动机暖风系统等。
传统燃油车汽车热管理系统•新能源汽车(电动汽车)包括座舱、电池、电机电控热管理。
座舱热管理系统包括空调冷风、热泵暖风或PTC暖风，具有加热和制冷需求，主要零部件包括电动压缩机、电子膨胀阀、蒸发器、冷凝器、热交换器、PTC或者热泵冷凝器等。
新能源汽车热管理系统新能源汽车产业链中游主要包括空调热管理系统、电机电控冷却系统以及电池热管理系统等模块或者总成，由上游水泵、冷凝器等零部件组装而成，为下游整车提供功能安全和使用寿命的保障。
新能源热管理系统产业链中产品更复杂：由于其热管理系统的覆盖范围、实现方式相较传统燃油汽车发生了较大改变，其对于零部件节能性、安全性等方面的要求相对更高。
上游零部件中新增了Chiller、PCT加热器、四通阀等零部件，中游热管理系统中的热泵空调系统、电池冷却系统使得系统复杂程度进一步上升。
新能源汽车产业链系统品名图例作用电池、电机、电子设备等电子/电磁膨胀调节系统流量热管理系统阀电池、电机、电子设备等热管理系统冷却板内充冷却液，用于电池冷却电池、电机、电子设备等热管理系统电池冷却器电池系统换热电池、电机、电子设备等热管理系统电子水泵、水阀用于电池及电子设备水冷却减速器冷却系统油冷器、油泵电机和减速器冷却系统空调系统电动压缩机产生高压气体空调系统PTC/热泵通过加热或热交换产生热量空调系统膨胀阀控制制冷剂流量空调系统贮液器贮存制冷、过滤杂质与吸收水分空调系统冷凝器将冷却剂从气态变成液态，将其热量释放出来至周围空气中空调系统蒸发器让低温低压制冷剂吸收空气中热量关键部件解析小结：新能源汽车热管理系统部件趋于多样化和电气化，复杂性更高，带来新增市场机会。
电动汽车核心技术之动力电池及管理系统介绍(一)动力电池的主要种类及性能特点
务领 域新 能源 汽 车 的示 范推 广 ，并在 ６个城 市开
展了私人购买新能源车补贴试点工作。 期间， 示范 推 广各类 节能 与新 能源汽 车 累计 已达 １ ． ６万辆 ， 其
中新 能源 汽 车超过 ８０ ００辆 。但 同时 ， 市场 培育 在 及推广过程 中， 由于一些配套政策没有跟进 ， 实际 推广 的数 量未达 到预期 目标 。
府 支持 和 车企提 升 品牌形 象 、争 取技 术领 先 的热 点 和焦 点 。然 而 ， 管北 京 、 尽 上海 等地 大 型汽 车展 上 各种 新 能源 车型频 频亮 相 ，但 在 目前 中 国实 际 的销 售 市场 上却 难觅 新能 源 汽车 的踪影 。来 自中 国汽车 工业 协会 的统 计数 据显 示 ，今 年一 季 度 中 国 国内 的纯 电动 汽 车销量 仅 有 １３ ８０辆 ， 合 动力 混
入 ，加 强税 收政 策对 产业 发展 的杠 杆 调节 与 引导
和插 电式 混合 动力 汽 车累计 产 销量 将达 ５ ０万辆 ， 到 ２２ ００年则 要超 ５０万辆 。 完成上 述 目标 的主 ０ 而 要 措施 包 括 ：实施 技术 创新 ，突破核 心零 部 件研
作用 ，从而建立起长期稳定的鼓励和约束政策体
１至 ２家新 能 源汽 车 产 销规 模 超 过 １０万 辆 的汽 ０
在 国外这三大核心技术也依然处在研究探索和发 展 中。 文所 阐述 的新 能源 电动 汽车 ， 本 如果没有 特
３ 技 术 纵横 ６
轻 型汽车技 术
２ １ （ ） ２７ ０ ２ ９ 总 ７
殊 说 明 ， 主 要 指混 合 动 力 汽车 Ｈ Ｖ（ 插 电式 则 Ｅ 含
划》 近期将 由国务院发布实施。该规划将带着一
2023电动汽车动力蓄电池热管理系统 第2部分：液冷系统
电动汽车动力蓄电池热管理系统 第2部分：液冷系统1 范围本文件规定了电动汽车动力蓄电池（以下简称“电池”）液冷系统的技术要求及试验方法。
本文件适用于电动汽车动力蓄电池液冷系统及其零部件。
本文件不适用于电动汽车动力蓄电池直冷系统。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 2408—2008 塑料 燃烧性能的测定 水平法和垂直法GB/T 2828.1—2012 计数抽样检验程序 第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划 GB 38031—2020 电动汽车用动力蓄电池安全要求 QC/T 468—2010 汽车散热器 3 术语和定义QC/T XXXX.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
液冷系统 cooling system采用冷却液（比如乙二醇的水溶液）作为换热介质对电池系统进行冷却的系统，一般由液冷板、液冷管、接头、进出口总成等零部件组成，如图1所示。
图1 液冷系统示意图液冷板 cooling plate利用换热介质对电池进行冷却或加热的结构件。
液冷管 cooling pipeline引导换热介质流向液冷板的管路。
接头 jointer连接液冷板与液冷管的部件。
液冷管进出水口总成液冷板接头流阻flow resistance冷却液流过液冷系统受到的阻力损失。
4 要求一般要求4.1.1 外观液冷系统各零部件外观应整洁、无损伤，标识应清晰。
4.1.2 尺寸、重量液冷系统各零部件的尺寸、重量应满足技术图纸要求。
流阻按照5.4进行流阻试验后，液冷系统的流阻应满足制造商的技术要求。
安全性能4.3.1 密封性按照5.5进行密封性试验后，应满足以下要求之一：a)湿检：应无肉眼可见的气泡；b)干检：泄漏量应不大于2.5 mL/min；4.3.2 阻燃按照5.6进行阻燃试验后，液冷系统的非金属件应满足水平燃烧HB级。
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。
008 动力电池热管理系统
从宏观上讲，动力电池热管理是对电池系统内部热环 境进行制约、调节和利用。其目的是为了使动力电池工作 在一个最佳的热环境，充分发挥电池的性能。同时，提供 一个能量平衡的环境，实现整车能量的综合利用。
具体而言，热管理就是在电池系统中温度过高时，对 系统进行降温；在温度过低时，对系统进行升温；在特殊 情况下，譬如停车等待过程中，要对系统进行保温。根据 热管理的不同应用场合和功能，分为冷却系统、加热系统 和保温系统。
由于高温可以加速电解液、电极和隔板的老化速率， 当电池组中温差较大时，高温部分的老化速率会明显快 于低温部分,随着时间的积累不同电池之间的物性差异将 越加明显，从而破坏了电池组的一致性，最终使整组电 池提前失效。为了避免上述情况发生就必须对动力电池 进行热管理。对动力电池的热管理主要是通过电池热管 理系统(Battery Thermal Management System， BTMS)来实 现的。
图8-7(a)和图8-7(b)为Ni/MH电池在不同温度下的 常规循环性能和工况循环性能。可以看出无论是常规寿命 实验还是工况寿命实验都以高温55℃温度条件下的容量衰 减最快。200次循环其放电容量就低于初始容量的60%。低 温0℃条件下的常规循环寿命实验中，放电容量的变化曲 线与常温条件下的相接近。
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。电池热管理系统是应对电池的热 相关问题，保证动力电池使用性能、安全性和寿命的关键 技术之一。
我们以锂离子电池热相关问题为例从三个方面进行讲 述。
首先，锂离子电池的温度水平直接影响其使用中的能 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℃）对电池进行充电，则 可能引发瞬间的电压过充现象，造成内部析锂并进而引发 短路。
动力电池液冷热管理特点及应用
动力电池液冷热管理特点及应用在当今社会，电动汽车的发展已经成为了不可逆转的趋势。
电动汽车最核心的部件就是动力电池，而动力电池的温度管理对于电池的寿命和性能有着极其重要的影响。
液冷热管理技术作为一种有效的方式，已经被广泛应用于动力电池系统中。
本文将会就动力电池液冷热管理的特点及应用进行全面评估，并据此撰写一篇有价值的文章，以深入探讨这一重要的主题。
1. 动力电池液冷热管理的特点动力电池液冷热管理是指通过液体介质来对动力电池进行散热或加热的过程。
与传统的气体散热方式相比，液冷热管理具有以下几个明显的特点：1.1 散热效果好由于液体具有很好的导热性能，因此可以更快速地将电池内部的热量带走，从而有效降低电池的温度，提高电池的工作效率。
1.2 热量分布均匀液体在电池内部可以更加均匀地吸收和分布热量，避免了局部温度过高或过低对电池造成的不利影响。
1.3 冷却系统紧凑相比气体冷却系统，液冷热管理系统可以设计得更加紧凑，从而节省了空间，提高了动力电池系统的整体功率密度。
1.4 可以实现精确控制通过调节液体的流速和温度，可以实现对电池温度的精确控制，进而提高电池的安全性和可靠性。
2. 动力电池液冷热管理的应用在电动汽车和储能系统中，动力电池液冷热管理技术已经得到了广泛应用，并取得了显著的成效。
2.1 电动汽车在电动汽车中，以液冷方式对动力电池进行热管理已经成为了主流。
通过液冷热管理系统，可以确保电池在高温或低温环境下都能够保持较好的工作状态，延长电池的寿命，提高车辆的续航里程。
2.2 储能系统在储能系统中，液冷热管理同样具有重要意义。
通过液冷热管理技术，可以有效解决储能系统在高负荷下的散热问题，提高储能系统的安全性和稳定性，确保其长期稳定运行。
3. 个人观点和理解动力电池液冷热管理技术的应用对于提高电池的寿命和性能有着重要意义。
在未来，随着电动汽车和储能系统的进一步普及，液冷热管理技术将会得到更加广泛的应用，并不断得到改进和优化。
电动汽车核心技术之动力电池及管理省略一动力电池的主要种类及性能特点
电动汽车核心技术之动力电池及管理系统（一）——动力电池的主要种类及性能特点引言面对交通能源与环境问题的巨大挑战，以能源多元化、排放洁净化、燃料节约化为主要特征的新能源汽车在全球迅速发展，并成为近年各国政府支持和车企提升品牌形象、争取技术领先的热点和焦点。
然而，尽管北京、上海等地大型汽车展上各种新能源车型频频亮相，但在目前中国实际的销售市场上却难觅新能源汽车的踪影。
来自中国汽车工业协会的统计数据显示，今年一季度中国国内的纯电动汽车销量仅有1830辆，混合动力汽车也只有区区1499辆，二者之和占同期中国汽车总销量的比重为0.069%，还不足千分之一。
然而，这种状况可能很快就有改观，今年6月在商用车领域率先实行以旧换新的刺激消费政策以后，新能源汽车或将快接“第二棒”。
近日，工信部装备工业司司长张相木在全球节能与新能源汽车峰会上表示，《节能与新能源汽车产业发展规划》近期将由国务院发布实施。
该规划将带着一系列产业扶持政策浮出水面，其中包括新能源汽车免征车辆购置税、增值税税率降至13%等。
据以上规划，中国新能源汽车未来的主要战略取向将是纯电动汽车；而当前重点推进的是纯电动车和插电式混合动力车。
在产销规模上，至2015年，中国纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量将达50万辆，到2020年则要超500万辆。
而完成上述目标的主要措施包括：实施技术创新，突破核心零部件研发；加快推广应用和试点示范；建设充电桩和公共充电设施；完善标准体系和准入制度管理等。
在产业格局方面，到2020年，中国将培育形成1至2家新能源汽车产销规模超过100万辆的汽车集团。
迄今为止，中国已在25个城市进行了公共服务领域新能源汽车的示范推广，并在6个城市开展了私人购买新能源车补贴试点工作。
期间，示范推广各类节能与新能源汽车累计已达1.6万辆，其中新能源汽车超过8000辆。
但同时，在市场培育及推广过程中，由于一些配套政策没有跟进，实际推广的数量未达到预期目标。