電池冷卻的案例
汽車電池熱管理冷卻技術(shù)分析（含視頻教程詳細(xì)講解）
因?yàn)楦邷貢?huì)使電池的循環(huán)壽命明顯降低，同時(shí)在高倍率充電時(shí)也不安全。目前市面上的新能源車電池，主要有4種電池冷卻方式，分別是自然冷卻、風(fēng)冷和液冷、直冷這四種。
汽車電池熱管理冷卻方式介紹
自然冷卻
自然冷卻是最基礎(chǔ)和最簡(jiǎn)單的冷卻方式，?是依賴環(huán)境溫度進(jìn)行散熱的被動(dòng)方式，?利用空氣的自然對(duì)流來(lái)散熱，不需要額外的能源輸入。
?這種方式優(yōu)點(diǎn)是成本低、?無(wú)能耗且不需要額外空間，?缺點(diǎn)是散熱效率較低，?適用于早期的新能源車型。??
風(fēng)冷系統(tǒng)
風(fēng)冷是通過(guò)增加風(fēng)扇來(lái)主動(dòng)促進(jìn)空氣流動(dòng)，?提高散熱效果。
?風(fēng)冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是成本低、?能耗低，?且技術(shù)成熟，?易于控制和維護(hù)。?缺點(diǎn)是其冷卻效果仍然受到環(huán)境溫度的影響，?且在需要加熱電池的寒冷天氣中，?還需要額外的加熱系統(tǒng)。?
液冷系統(tǒng)
液冷通過(guò)冷卻液在電池組中的循環(huán)流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效散熱，?類似于電腦CPU的水冷散熱系統(tǒng)。
?液冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是冷卻效率遠(yuǎn)高于風(fēng)冷，?而且可以通過(guò)加熱冷卻液來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)電池的加熱。缺點(diǎn)是液冷系統(tǒng)相對(duì)較重，?會(huì)占用一定的電池空間，?且后期維護(hù)成本較高。???
直冷系統(tǒng)
直冷系統(tǒng)直接將制冷劑引入電池冷卻管道中，?實(shí)現(xiàn)高效的熱交換。
?直冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是冷卻效率極高，?同時(shí)在加熱電池方面也有出色表現(xiàn)。?其體積小、?成本低于液冷系統(tǒng)，?缺點(diǎn)是技術(shù)難度相對(duì)較高，?需要確保高壓下的密封性能。???
目前汽車電池熱管理主流冷卻方式是液冷。?液冷系統(tǒng)的高效、?靈活和可靠的熱管理能力使其成為目前最主流的動(dòng)力電池冷卻方式。?
汽車電池冷卻常見問(wèn)題
哪種冷卻方式的成本高？
新能源汽車電池冷卻方式中，液冷系統(tǒng)由于涉及更多的組件和復(fù)雜的循環(huán)系統(tǒng)，所以其成本相對(duì)較高。?同時(shí)，?液冷系統(tǒng)可能需要更頻繁的維護(hù)和檢查，?因?yàn)橐后w泄漏可能會(huì)導(dǎo)致冷卻效率下降或損壞電池。?
展開 輕型純電動(dòng)商用車動(dòng)力電池冷卻性能分析
1概述
電池作為純電動(dòng)車的動(dòng)力元件，直接影響到車輛的續(xù)駛里程、壽命和整車性能。對(duì)于純電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，動(dòng)力電池的充放電可能隨時(shí)進(jìn)行。充放電是典型的電化學(xué)過(guò)程，其伴生的反應(yīng)熱很容易引起電池組內(nèi)100℃以上的溫差，如不及時(shí)散熱，對(duì)充放電過(guò)程、電池的可靠性和壽命都有極大的負(fù)面影響，電池熱效應(yīng)問(wèn)題也會(huì)影響到整車的性能和壽命。目前對(duì)動(dòng)力電池冷卻主要是:保證充放電時(shí)產(chǎn)生的熱量及時(shí)散出;各模塊間溫度分布均勻。因此，本文以國(guó)內(nèi)某輕型商用純電動(dòng)車用磷酸鐵鋰電池包為研究對(duì)象，對(duì)現(xiàn)有電池冷卻方案進(jìn)行了性能試驗(yàn)對(duì)比和數(shù)據(jù)分析，確定了電池包冷卻的最終方案。
2動(dòng)力電池冷卻方案
動(dòng)力電池的冷卻主要有風(fēng)冷、制冷劑冷卻和水冷三種方式;與其他兩種冷卻技術(shù)相比，風(fēng)冷方式技術(shù)更成熟，其研發(fā)、制造成本相對(duì)較低，周期短，目前被廣泛采用，國(guó)內(nèi)目前市場(chǎng)上的純電動(dòng)汽車也主要以風(fēng)冷為主。風(fēng)冷方式又分自然冷卻和強(qiáng)制冷卻。因此，某輕型商用純電動(dòng)車型動(dòng)力電池也選擇風(fēng)冷方式，設(shè)計(jì)了強(qiáng)制冷卻和自然冷卻兩種風(fēng)冷方式。強(qiáng)制冷卻是由鼓風(fēng)機(jī)將乘員艙內(nèi)被空調(diào)冷卻的25～30℃空氣抽進(jìn)電池箱體，通過(guò)電池箱體內(nèi)部強(qiáng)制對(duì)流帶走電池散發(fā)的熱量，最后排入環(huán)境中。自然冷卻無(wú)單獨(dú)冷卻系統(tǒng)，僅依靠自然對(duì)流散熱，該方式電池溫度高，但成本低。
為滿足車輛總重量大、續(xù)駛里程長(zhǎng)的要求，該車型選用磷酸鐵鋰電池電容量達(dá)75kWh。因在現(xiàn)有成熟車型上進(jìn)行動(dòng)力總成改型設(shè)計(jì)，受車體空間影響，電池必須安放在地板下，且電池模塊必須分別放置在前后兩電池箱內(nèi)才能滿足安裝要求。電池包冷卻方案結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。
展開 馬勒推出受珊瑚啟發(fā)的電池冷卻板
來(lái)源 | electrive.com
德國(guó)汽車供應(yīng)商馬勒發(fā)布了一款新型電池冷卻板，并認(rèn)為這是一次“技術(shù)飛躍”。該公司的工程師從大自然中汲取靈感，開發(fā)了一種冷卻通道仿生結(jié)構(gòu)，使冷卻劑能夠以不同的方式流動(dòng)。
馬勒表示，這顯著提高了冷卻板的熱力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)機(jī)械性能，具體來(lái)說(shuō)，其冷卻能力提高了 10%，且壓力損失降低了 20%。這有助于將電池保持在最佳工作溫度范圍內(nèi)；在鋰電池中，即使在快速充電等極端條件下，電池溫度也不應(yīng)超過(guò) 40 攝氏度。同時(shí)，所有電池的溫度分布必須盡可能均勻，這就是流通板的用武之地。
這種新設(shè)計(jì)可根據(jù)需求控制冷卻劑流量，特別是對(duì)于電池單元和冷卻劑之間的微小溫差，較慢的流速可以改善傳熱。馬勒表示，其仿生電池冷卻板的工作效率非常高，溫度范圍可以降低 50%，峰值溫度也可以顯著降低。這使得電池效率更高，并且可以更快、更安全地充電，從而延長(zhǎng)使用壽命。
馬勒還指出了仿生結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。受珊瑚啟發(fā)，工程師們?cè)谛碌闹圃旃に囍惺褂酶〉牟牧希⑾母俚哪芰俊ｑR勒全球熱管理開發(fā)主管Uli Christian Blessing 博士表示，該種新型電池冷卻板對(duì)提升冷卻技術(shù)具有出色的效果，并且在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面具有巨大優(yōu)勢(shì)，馬勒將于 2023 年 9 月在慕尼黑 IAA Mobility 上首次展示其新型仿生電池冷卻板。
展開 【STAR-CCM+電池冷卻】基于直流道液冷板的動(dòng)力電池冷卻性能仿真
此外，冷卻液入口溫度也是影響電池熱管理系統(tǒng)散熱能力的重要因素，降低冷卻液入口溫度可以增加電池組與液冷板之間的溫差來(lái)強(qiáng)化換熱。本文分別分析冷卻液質(zhì)量流量和入口溫度2 個(gè)變量對(duì)電池組溫度場(chǎng)的影響。
首先，設(shè)定冷卻液入口溫度為20 ℃，改變冷卻液質(zhì)量流量為0.25、0.30、0.35、0.40、0.45 kg/s 進(jìn)行仿真模擬，仿真結(jié)果如圖8 所示。
從圖8 可以看出，電池組最高溫度θmax 隨冷卻液質(zhì)量增加而降低，但隨著冷卻液質(zhì)量流量增加，下降幅度逐漸減小。因?yàn)?em>冷卻液流量增加對(duì)換熱系數(shù)的影響逐漸減小，所以電池組散熱增量也逐漸減小。電池組的最大溫差Δθmax 隨冷卻液質(zhì)量流量增加而減低，這是由于冷卻液質(zhì)量流量增加，冷卻液溫度分布均勻性均更好。當(dāng)冷卻液質(zhì)量流量從0.25 kg/s 增加到0.45kg/s 時(shí)，模型2 電池組最高溫度θmax 從38.23 ℃降低到36.67 ℃，模型2 電池組最大溫差Δθmax 從13.05 ℃降低到11.98 ℃，電池組的散熱效果得到改善。模型2 的電池組最高溫度與模型1 相比，下降幅度維持在0.24 ~0.26 ℃，模型2 的電池組最大溫差與模型1 相比，下降幅度維持在0.06 ~ 0.27 ℃，在電池組散熱方面，模型2 的液冷板具有更佳的效果。
3.5 冷卻液入口溫度對(duì)電池組溫度場(chǎng)的影響
設(shè)定冷卻液質(zhì)量流量0.25 kg/s，調(diào)整冷卻液入口溫度分別為10、15、20、25 ℃，對(duì)電池組進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果如圖9 所示。
從圖9 可以看出，冷卻液入口溫度θin 從25 ℃減低到10 ℃時(shí)，模型2 的電池組最高溫度從37.99 ℃降低到28.35 ℃，但是模型2 的電池組最大溫差從13.05℃增加到13.31 ℃。
展開 
XING Mobility推出下一代浸沒(méi)式冷卻電池熱管理系統(tǒng)
來(lái)源 | XING Mobility官網(wǎng)
近日，先進(jìn)電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)的領(lǐng)先供應(yīng)商XING Mobility憑借其下一代浸沒(méi)式冷卻技術(shù)在CES 2024上掀起波瀾。XING Mobility由特斯拉和松下的資深人士創(chuàng)立，自2015年以來(lái)一直處于這種改變游戲規(guī)則的電池熱管理方法的最前沿。
浸沒(méi)式冷卻是一種改變游戲規(guī)則的電池熱管理方法。XING不依賴傳統(tǒng)的空氣或液體冷卻系統(tǒng)，而是將電池浸入特殊的介電液中。這種流體專為實(shí)現(xiàn)最佳傳熱而設(shè)計(jì)，直接包圍并包裹每個(gè)電池，確保均勻和快速的冷卻。
XING Mobility在CES 2024上的展示了三個(gè)全球領(lǐng)先的技術(shù)：
IMMERSIO?電池到電池組（CTP）架構(gòu)：這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)擁有高達(dá)200 Wh/kg的重力能量密度和高達(dá)400 Wh/L的體積能量密度，是世界上最高的。這一突破允許在不犧牲空間的情況下顯著提高乘用車的電池容量，從而有效地解決了里程焦慮問(wèn)題。
IMMERSIO? XM25 電池系統(tǒng)：XM25 是首款量產(chǎn)的浸沒(méi)式冷卻電池組，可提供 25 kWh 的功率，可用于車輛和儲(chǔ)能系統(tǒng) （ESS） 應(yīng)用。廣泛的測(cè)試確保了其可靠性、環(huán)境適應(yīng)性和高效的功率輸出。
史無(wú)前例的安全測(cè)試結(jié)果：XING Mobility將展示在100%充電狀態(tài)下對(duì)IMMERSIO?電池組進(jìn)行的嚴(yán)格的針刺穿透安全測(cè)試的結(jié)果。值得注意的是，浸沒(méi)式冷卻技術(shù)成功地控制了熱失控，防止了火勢(shì)蔓延。該測(cè)試證明了XING Mobility電池無(wú)與倫比的安全性和穩(wěn)定性。
XING Mobility在CES上的首次亮相恰逢其戰(zhàn)略性進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)。此舉得益于久保田最近的投資和美國(guó)政府對(duì)清潔能源的關(guān)注，使XING Mobility能夠利用快速增長(zhǎng)的電動(dòng)汽車和工程機(jī)械市場(chǎng)。
展開 美國(guó)新勢(shì)力Lucid 的電池冷卻方案
在油管上，美國(guó)新勢(shì)力Lucid Motors 發(fā)布了視頻展示了電池設(shè)計(jì)技術(shù)（官方Tech Talks講座共10集），由Lucid的CEO兼CTO Peter Rawlinson來(lái)介紹電池系統(tǒng)。
這套電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)，覆蓋了Lucid Air Pure (88kWh) 、Lucid Air Pure (93kWh)、Lucid Air Grand Touring(112kWh)和Lucid Air Dream Edition (118kWh)。
▲圖1.電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)解析
這套系統(tǒng)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)主要的差異在于：
●電池冷卻技術(shù)：電池是從頂部/末端冷卻。
●電氣連接封裝在注塑成型的塑料中。
●電池模塊內(nèi)部，有10組電芯串聯(lián)（上限電壓42V），每組30個(gè)電芯并聯(lián)，每組由絕緣材料進(jìn)行分割；有22個(gè)電池模塊，最高電壓偉924V。
▲表1.這個(gè)系列的內(nèi)容
Part 1
視頻里面的細(xì)節(jié)
我們首先看一下這個(gè)圓柱模組的設(shè)計(jì)。
▲圖2.Lucid模組的上下底面
從電氣來(lái)看，Lucid讓Busbar是與塑料支架注塑在一起，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到幾個(gè)作用：
●提高了生產(chǎn)的效率；
●把母線排和電芯的連接處理做的更簡(jiǎn)單了；
●Lucid的電芯電氣連接也是有創(chuàng)新的，由于頂部采用了散熱設(shè)計(jì)，電氣需要在電芯一端完成正負(fù)極連接，如下圖所示采用鋁片連接的方式，然后根據(jù)鋁片熔斷安全防護(hù)。
在Busbar上做注塑，其實(shí)也是不得已而為之，因?yàn)檫@部分需要作為外框整體實(shí)現(xiàn)框架絕緣的設(shè)計(jì)。
展開 電動(dòng)汽車快速充電循環(huán)下鋰離子軟包電池的優(yōu)化冷卻和熱分析
來(lái)源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
鋰離子電池由于比其他電池類型具有更高的優(yōu)勢(shì)，例如高能量密度、低自放電率、重量輕、零記憶效應(yīng)和長(zhǎng)生命周期，因此在汽車行業(yè)中變得無(wú)處不在。然而，鋰電池在一個(gè)狹窄的溫度范圍內(nèi)工作最佳：15–40°C。在低于此范圍的溫度下，電解質(zhì)中的離子電導(dǎo)率會(huì)顯著降低，從而導(dǎo)致功率輸出降低、鋰電鍍和隨后的電池退化，而在更高的溫度下，加速的放熱反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致電池材料腐蝕、整體電池退化，并在 80°C 以上的溫度下導(dǎo)致熱失控。除了將溫度保持在一個(gè)狹窄的工作范圍內(nèi)，保持電池單元或模塊內(nèi)的最大溫差較低也很重要；<5°C 的值是電池內(nèi)推薦的最大溫差。
目前，大多數(shù)關(guān)于電池冷卻設(shè)計(jì)和優(yōu)化的研究工作都集中在圓柱形和棱柱形電池上。最近，袋形電池因其比圓柱形電池更高的能量密度而受到關(guān)注。目前，已經(jīng)提出了各種用于冷卻鋰離子電池的熱管理系統(tǒng)：空氣冷卻、間接液體冷卻、直接液體或浸沒(méi)冷卻、使用相變材料、熱管以及涉及兩種或多種這些方法組合的混合方法進(jìn)行被動(dòng)冷卻。然而，就電動(dòng)汽車的商業(yè)應(yīng)用而言，只有風(fēng)冷和液冷已大規(guī)模實(shí)施，其他還處于研究階段。由于其高熱容量，液體冷卻仍然是迄今為止最有效和研究最多的系統(tǒng)；因此，當(dāng)前的研究趨勢(shì)是尋找改進(jìn)液冷板設(shè)計(jì)的方法，以實(shí)現(xiàn)更好、更具成本效益的熱控制。
02
成果掠影
近期，路易斯維爾大學(xué)機(jī)械工程系Sam Park教授團(tuán)隊(duì)提出了一種電動(dòng)汽車快速充電循環(huán)下鋰離子軟包電池的優(yōu)化冷卻和熱分析方法。
展開 瑞銀拆解比亞迪海豹，成本比特斯拉還低15%，拆解報(bào)告(熱管理系統(tǒng))
用于空調(diào)制冷、冷凝器、電池冷卻的切換閥和制冷用膨脹閥關(guān)閉。
圖4 電池加熱模式的系統(tǒng)概要
（來(lái)源:日經(jīng)XTECH）
（4）電池冷卻
電池冷卻模式是為了防止高溫導(dǎo)致電池劣化而準(zhǔn)備的。當(dāng)電池的溫度超過(guò)38℃時(shí)啟動(dòng)，冷卻到33℃以下時(shí)關(guān)閉。用于電池加熱、板式換熱器、制熱的切換閥和制冷用膨脹閥關(guān)閉。與空調(diào)制冷模式相同，制熱用膨脹閥的開度為全開（圖5）。
圖5 電池冷卻模式的系統(tǒng)概要
（來(lái)源:日經(jīng)XTECH）
（5）空調(diào)制熱+電池加熱
作為同時(shí)啟動(dòng)空調(diào)制熱和電池加熱的場(chǎng)景，冬季行駛開始之前應(yīng)該是最多的。用于冷凝器和電池冷卻的切換閥和制冷用膨脹閥關(guān)閉（圖6）。壓縮機(jī)產(chǎn)生的高溫、高壓冷媒經(jīng)過(guò)連接車內(nèi)冷凝器和電池的并聯(lián)回路。在板式換熱器之前匯合，回收逆變器和馬達(dá)的排熱后，再返回壓縮機(jī)。
圖6空調(diào)制熱+電池加熱模式的系統(tǒng)概要
（來(lái)源:日經(jīng)XTECH）
（6）空調(diào)制熱+電池冷卻
同時(shí)啟動(dòng)空調(diào)制熱和電池冷卻的場(chǎng)景，可以想到冬季持續(xù)行駛時(shí)和快速充電時(shí)。要關(guān)閉用于電池加熱、冷凝器和空調(diào)制熱的切換閥，以及制冷用膨脹閥（圖7）。把電池的排熱用于空調(diào)制熱。
圖7 空調(diào)制熱+電池冷卻模式的系統(tǒng)概要
（來(lái)源:日經(jīng)XTECH）
（7）空調(diào)制冷+電池加熱
用于電池冷卻、空調(diào)制冷、冷凝器、空調(diào)制熱的切換閥關(guān)閉（圖8）。雖然這種模式在系統(tǒng)上是可行的，但實(shí)際上幾乎沒(méi)有機(jī)會(huì)使用。
展開 螺旋管流動(dòng)沸騰冷卻與空氣冷卻相結(jié)合的鋰離子電池熱管理
同時(shí)，鋰電池由于其諸多優(yōu)點(diǎn)和較高的生產(chǎn)率而備受關(guān)注。鋰電池的主要用途包括電子工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、航空航天和電動(dòng)汽車等。近十年來(lái)，電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車快速發(fā)展，鋰電池在這些系統(tǒng)中的使用為汽車行業(yè)增添了突出的特點(diǎn)，提供合適的條件溫度對(duì)鋰電池的性能和壽命起著十分重要作用，25°C到40°C是電池的最佳范圍，低于或高于此溫度范圍的工作溫度會(huì)導(dǎo)致其性能中斷并縮短其使用壽命。
02
成果掠影
近期，伊拉姆大學(xué)機(jī)械工程系 Sajjad Ahangar Zonouzi老師團(tuán)隊(duì)采用組合冷卻方法進(jìn)行鋰離子電池的熱管理。這種冷卻方法是通過(guò)纏繞在電池上的半螺旋管進(jìn)行流動(dòng)沸騰冷卻和通過(guò)電池中的氣流進(jìn)行空氣冷卻的冷卻方法相結(jié)合的。使用控制體積技術(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬，用于模擬流動(dòng)沸騰區(qū)域的模型是歐拉-歐拉多相模型。研究結(jié)果表明，所提出的組合冷卻方法有助于更好的電池組熱管理。由于恒定溫度下的汽化潛熱，螺旋管內(nèi)發(fā)生流動(dòng)沸騰有助于去除大量熱量，并且電池與沸騰流體接觸的部分的電池溫度幾乎保持恒定。沸騰流體質(zhì)量通量的增加和入口空氣速度降低了電池組內(nèi)電池的最高溫度。此外，通過(guò)減小沸騰流體的入口過(guò)冷度，降低了電池的溫度，并且電池組中不同排的電池之間的溫差受空氣入口速度的影響較小。研究成果以“Combination of flow boiling cooling by taking advantage of helical pipes and air cooling for thermal management of lithium-ion batteries”為題發(fā)表于《Journal of Energy Storage》。
展開 瑞銀拆解比亞迪海豹，成本比特斯拉還低15%，拆解報(bào)告(熱管理系統(tǒng))
用于空調(diào)制冷、冷凝器、電池冷卻的切換閥和制冷用膨脹閥關(guān)閉。
圖4 電池加熱模式的系統(tǒng)概要
（來(lái)源:日經(jīng)XTECH）
（4）電池冷卻
電池冷卻模式是為了防止高溫導(dǎo)致電池劣化而準(zhǔn)備的。當(dāng)電池的溫度超過(guò)38℃時(shí)啟動(dòng)，冷卻到33℃以下時(shí)關(guān)閉。用于電池加熱、板式換熱器、制熱的切換閥和制冷用膨脹閥關(guān)閉。與空調(diào)制冷模式相同，制熱用膨脹閥的開度為全開（圖5）。
圖5 電池冷卻模式的系統(tǒng)概要
（來(lái)源:日經(jīng)XTECH）
（5）空調(diào)制熱+電池加熱
作為同時(shí)啟動(dòng)空調(diào)制熱和電池加熱的場(chǎng)景，冬季行駛開始之前應(yīng)該是最多的。用于冷凝器和電池冷卻的切換閥和制冷用膨脹閥關(guān)閉（圖6）。壓縮機(jī)產(chǎn)生的高溫、高壓冷媒經(jīng)過(guò)連接車內(nèi)冷凝器和電池的并聯(lián)回路。在板式換熱器之前匯合，回收逆變器和馬達(dá)的排熱后，再返回壓縮機(jī)。
圖6空調(diào)制熱+電池加熱模式的系統(tǒng)概要
（來(lái)源:日經(jīng)XTECH）
（6）空調(diào)制熱+電池冷卻
同時(shí)啟動(dòng)空調(diào)制熱和電池冷卻的場(chǎng)景，可以想到冬季持續(xù)行駛時(shí)和快速充電時(shí)。要關(guān)閉用于電池加熱、冷凝器和空調(diào)制熱的切換閥，以及制冷用膨脹閥（圖7）。把電池的排熱用于空調(diào)制熱。
圖7 空調(diào)制熱+電池冷卻模式的系統(tǒng)概要
（來(lái)源:日經(jīng)XTECH）
（7）空調(diào)制冷+電池加熱
用于電池冷卻、空調(diào)制冷、冷凝器、空調(diào)制熱的切換閥關(guān)閉（圖8）。雖然這種模式在系統(tǒng)上是可行的，但實(shí)際上幾乎沒(méi)有機(jī)會(huì)使用。
展開 一種用于鋰離子電池組熱管理的液體冷卻系統(tǒng)
鋰離子電池因其能量密度高、自放電率低、維護(hù)要求低、循環(huán)壽命長(zhǎng)、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，是目前電動(dòng)汽車使用最廣泛的電源。然而，鋰離子電池的性能受工作溫度的影響很大。鋰離子電池理想的工作溫度范圍為25 ~ 40℃，不同電池之間的最高溫差小于5℃。在低溫或高溫環(huán)境下工作都會(huì)導(dǎo)致電池性能下降，壽命縮短，甚至熱失控。因此，一個(gè)優(yōu)秀的電池熱管理系統(tǒng)(BTMS)對(duì)于保證鋰離子電池安全高效的運(yùn)行狀態(tài)是非常必要的。
根據(jù)冷卻策略的不同，BTMS可分為被動(dòng)冷卻系統(tǒng)、主動(dòng)冷卻系統(tǒng)和被動(dòng)與主動(dòng)相結(jié)合的混合系統(tǒng)。在被動(dòng)冷卻系統(tǒng)中，沒(méi)有任何額外的功耗，但它們也不能控制冷卻系統(tǒng)來(lái)改變冷卻速率。在鋰離子電池表面實(shí)施特殊的材料或散熱結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)電池與外部環(huán)境之間的高傳熱能力。典型的例子包括自然空氣對(duì)流，相變材料(PCM)和熱管。
被動(dòng)空氣冷卻的冷卻能力很低，不適合冷卻高能量密度的鋰離子電池。PCM在融凍過(guò)程中能夠儲(chǔ)存和釋放大量的能量，近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注。將PCM裝入BTMS的主要優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)良好的電池溫度均勻性和靈活的幾何形狀。然而，PCM的低導(dǎo)熱性阻礙了電池的散熱速率，在高速率充放電條件下存在嚴(yán)重的隱患。因此開發(fā)出具有優(yōu)異的散熱性能的新能源電車的電池熱管理系統(tǒng)是非常重要的。
02
成果掠影
近期，哈爾濱工業(yè)大學(xué)馮宇教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)液冷電池熱管理系統(tǒng)(BTMS)取得新進(jìn)展。由于常見的線性流道結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了嚴(yán)重的溫度分布不均勻。該團(tuán)隊(duì)提出了一種具有多通道的新型錐形通道散熱器，以提高電池溫度均勻性，降低BTMS的功耗。團(tuán)隊(duì)分析比較了8種不同設(shè)計(jì)的電池最高溫度和溫差、溫度不均分布參數(shù)和功耗性能，同時(shí)，分析了延遲冷卻策略對(duì)液冷系統(tǒng)溫度均勻性的影響。
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寶馬i3純電動(dòng)車空調(diào)系統(tǒng)熱泵解析
圖14熱泵的加熱模式
1 冷凝器 2 冷卻風(fēng)扇 3 EKK 4 儲(chǔ)液干燥器 5 高電壓蓄電池
6 高電壓蓄電池冷卻回路電控膨脹閥 7高電壓蓄電池冷卻回路 8鼓風(fēng)機(jī)
9 蒸發(fā)器電控膨脹閥 10蒸發(fā)器 11 換熱器 12 電加熱器 13 熱泵換熱器
14 熱泵換熱器電控膨脹閥 15 電動(dòng)冷卻液泵 16 冷卻液膨脹水罐
17 EKK和冷凝器之間的制冷劑截止閥 18 冷凝器和儲(chǔ)液干燥器之間的制冷劑截止閥
19 制冷劑單向閥 20 EKK和熱泵換熱器之間的制冷劑截止閥
21 熱泵換熱器電控膨脹閥和儲(chǔ)液干燥器之間的制冷劑膨脹閥
3. 混合模式
如果熱泵在混合模式，打開制冷劑截止閥17、20和21，關(guān)閉制冷劑截止閥18，制冷劑不能反向流動(dòng)。高溫高壓制冷劑分流，一方面經(jīng)冷凝器散熱后，冷卻高電壓蓄電池，并通過(guò)冷卻蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)乘客艙除濕。另一路高溫高壓制冷劑在熱泵換熱器散熱。如圖15所示。
圖15熱泵的混合模式
1 冷凝器 2 冷卻風(fēng)扇 3 EKK 4 儲(chǔ)液干燥器 5 高電壓蓄電池
6 高電壓蓄電池冷卻回路電控膨脹閥 7高電壓蓄電池冷卻回路 8鼓風(fēng)機(jī)
9 蒸發(fā)器電控膨脹閥 10蒸發(fā)器 11 換熱器 12 電加熱器 13 熱泵換熱器
14 熱泵換熱器電控膨脹閥 15 電動(dòng)冷卻液泵 16 冷卻液膨脹水罐
17 EKK和冷凝器之間的制冷劑截止閥 18 冷凝器和儲(chǔ)液干燥器之間的制冷劑截止閥
19 制冷劑單向閥 20 EKK和熱泵換熱器之間的制冷劑截止閥
21 熱泵換熱器電控膨脹閥和儲(chǔ)液干燥器之間的制冷劑膨脹閥
來(lái)源：汽車熱管理之家
展開 電池熱管理（一） - 熱管理的重要性與新參數(shù)CCC
基于上述種種，倫敦帝國(guó)理工學(xué)院部分研究人員于2019年發(fā)布了一項(xiàng)新的學(xué)術(shù)研究，該研究定義了一個(gè)新參數(shù)，稱為電池冷卻系數(shù) (Cell Cooling Coefficient，CCC)。其目的是對(duì)所有電池設(shè)計(jì)的熱性能進(jìn)行普遍基準(zhǔn)測(cè)試。如果將其作為標(biāo)準(zhǔn)，它可以證明與能量或功率密度一樣重要。發(fā)布這項(xiàng)新參數(shù)的研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)對(duì)電池片冷卻（Tab Cooling）的研究而受到重視。這為表面冷卻提供了一種有趣的替代方案，可以降低整個(gè)電池的溫度梯度并延長(zhǎng)其使用壽命。
電池冷卻系數(shù) (CCC) 可以成為熱性能的通用指標(biāo)。CCC 這個(gè)指標(biāo)專為鋰離子電池設(shè)計(jì)，可考慮獨(dú)特的發(fā)熱特性，而無(wú)需任何大多數(shù)制造商都不想透露的有關(guān)電池單體的機(jī)密信息。每種電池都有自己的 CCC，以瓦特每開爾文 (W/K) 為單位給出，定義了電池所需的溫度梯度，以便從中去除一定量的熱量，但它們的幾何形狀或化學(xué)成分無(wú)關(guān)緊要，無(wú)需考量。CCC 是推動(dòng)不同電池制造商之間競(jìng)爭(zhēng)的指標(biāo)，也是電池組設(shè)計(jì)人員可以用來(lái)為其應(yīng)用選擇最合適電池的比較工具。
一般來(lái)說(shuō)，我們無(wú)法同時(shí)將電池的能量和熱性能進(jìn)行優(yōu)化，必須達(dá)成妥協(xié)。活性材料，包括陽(yáng)極、陰極和電解質(zhì)是熱絕緣的，而集電器是金屬的并且非常導(dǎo)熱。因此，當(dāng)電池制造商的重點(diǎn)是最大限度地提高現(xiàn)有活性材料的數(shù)量時(shí)，降低熱性能是不可避免的。最近有論文利用 CCC 分析特定案例首次量化了這個(gè)問(wèn)題 ：某鋰電池的熱性能提高 20%，而代價(jià)是能量密度僅降低0.7%。有了這樣的理論基礎(chǔ)，電池制造商才可以更好的采取措施進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，針對(duì)熱性能和能量密度進(jìn)行設(shè)計(jì)。
考慮了熱性能而設(shè)計(jì)的電池單體將極大改善其表現(xiàn)。表面上，電池單體的能量密度降低了，但這一點(diǎn)損失完全能夠彌補(bǔ)，比如電池組不再需要笨重且昂貴的老式熱管理系統(tǒng)，電池組的能量密度反而提高了，再加上更好的熱性能，整個(gè)電池組性能會(huì)有極大的提升 。
展開 汽車熱管理系統(tǒng)構(gòu)成和介紹
1.1 燃油車熱管理系統(tǒng)構(gòu)成 燃油車的熱管理系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻子系統(tǒng)、變速箱冷卻子系統(tǒng)、進(jìn)排氣熱管理系統(tǒng)和空調(diào)子系統(tǒng)組成。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻子系統(tǒng)一般由散熱器、冷卻風(fēng)扇、節(jié)溫器、水泵、膨脹水箱（或儲(chǔ)液罐）、冷卻液管路、氣缸體和氣缸蓋中的水套及其他附屬裝置等組成。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻子系統(tǒng)依靠冷卻液在大、小循環(huán)中的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻和預(yù)熱。
變速箱冷卻子系統(tǒng)主要由油冷器、管道和閥體組成。變速箱冷卻主要借助油冷器吸收潤(rùn)滑油的熱量并與環(huán)境空氣或散熱器冷卻劑進(jìn)行熱交換。
燃油車空調(diào)子系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥、貯液干燥器、管道、冷凝風(fēng)扇、真空電磁閥、怠速器和控制系統(tǒng)等組成。空調(diào)系統(tǒng)通過(guò)冷媒實(shí)現(xiàn)制冷、利用發(fā)動(dòng)機(jī)熱量實(shí)現(xiàn)供暖功能。
1.2 混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)構(gòu)成 混合動(dòng)力汽車的熱管理系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)電控冷卻子系統(tǒng)、變速箱冷卻子系統(tǒng)、電池冷卻子系統(tǒng)和空調(diào)子系統(tǒng)組成。混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力電池容量較小，發(fā)熱量不大，因此混合動(dòng)力汽車的電池冷卻方式多采用風(fēng)冷方式，風(fēng)冷系統(tǒng)主要由冷卻風(fēng)道、風(fēng)機(jī)、電阻絲組成。
混合動(dòng)力汽車的主要熱管理需求來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和電機(jī)控制器，這些零部件的冷卻主要采用液冷方案，根據(jù)搭載車型的結(jié)構(gòu)組成一個(gè)或多個(gè)冷卻回路。
1.3 新能源車熱管理系統(tǒng)構(gòu)成 新能源車的熱管理系統(tǒng)主要由電機(jī)電控冷卻系統(tǒng)、電池冷卻系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)組成。新能源汽車的電機(jī)電控冷卻子系統(tǒng)主要采用液冷方式。液冷系統(tǒng)由散熱器、冷卻風(fēng)扇、膨脹水箱、冷卻液泵、冷卻液軟管和冷卻液溫度傳感器組成。液冷系統(tǒng)主要依靠冷卻水泵帶動(dòng)冷卻液在冷卻管道中循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)在散熱器的熱交換等物理過(guò)程，冷卻液帶走電動(dòng)機(jī)與控制器產(chǎn)生的熱量。
展開 采用電池冷卻方法的鋰離子電池熱管理策略：現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)
來(lái)源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
由于全球變暖問(wèn)題不斷加劇，對(duì)清潔能源替代品的需求持續(xù)增長(zhǎng)，電動(dòng)汽車電池憑借高效率、安全性和可靠性等特點(diǎn)，使電動(dòng)汽車(EV)行業(yè)迎來(lái)了大幅增長(zhǎng)。然而，這些電池也存在一些限制因素，盡管生產(chǎn)小型、安全、高性能、和可靠的電池有困難，但這也迫使電動(dòng)汽車制造商在電池領(lǐng)域進(jìn)行更多的投資。近年來(lái)，電動(dòng)汽車越來(lái)越受歡迎，為人們提供更多的舒適性和節(jié)省成本。
02
成果掠影
近期，韓國(guó)嶺南大學(xué)Gyu Sang Choi和Sung Chul Kim老師團(tuán)隊(duì)分析了各種電池熱管理系統(tǒng)(TMS-Bs)冷卻方法及其在可行性、成本和壽命方面的優(yōu)缺點(diǎn)，討論了熱失控(TR)機(jī)制，模型和策略，以減輕TRS問(wèn)題。有效的TMS-B可以減輕電池的TR，并提高其性能和壽命。總體而言，TMS-B對(duì)于維持電動(dòng)汽車中使用的LBS的最佳溫度范圍至關(guān)重要。一個(gè)有效的TMS-B可以減輕TR，并提高性能和壽命，然而，需要進(jìn)一步研究TMS-B的結(jié)構(gòu)、工作介質(zhì)、流道尺寸和液體填充能力，同時(shí)更好地理解電池、模塊和包裝如何應(yīng)對(duì)快速充電情況是十分必要的。
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