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02 成果掠影近期，吉林大學(xué)江彥老師團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種高效的電池熱管理系統(tǒng)，可以控制電池模塊的溫度，從而提高整體性能。該研究針對由12節(jié)方形LiFePO4電池組成的電池模塊設(shè)計(jì)了不同類型的液冷熱管理系統(tǒng)。以計(jì)算流體動力學(xué)模擬為主要研究工具，提出了從傳熱和流動阻力兩個方面評價(jià)冷板性能的參數(shù)，以及冷卻面、入口數(shù)量和冷卻液方向?qū)ζ?em>冷卻效果進(jìn)行了研究。

因此，一個優(yōu)秀的電池熱管理系統(tǒng)(BTMS)對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可分為被動冷卻系統(tǒng)、主動冷卻系統(tǒng)和被動與主動相結(jié)合的混合系統(tǒng)。在被動冷卻系統(tǒng)中，沒有任何額外的功耗，但它們也不能控制冷卻系統(tǒng)來改變冷卻速率。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。

02 成果掠影 近期，新疆大學(xué)盧浩老師團(tuán)隊(duì)提出了一種新的電池熱管理系統(tǒng)優(yōu)化策略，該策略綜合考慮系統(tǒng)體積和冷卻性能，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用確定合適的熱管理策略。所提出的方法分為四個步驟：優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建立計(jì)算代碼、多目標(biāo)優(yōu)化和綜合模擬決策。基于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）的數(shù)值模擬用于驗(yàn)證優(yōu)化后系統(tǒng)的冷卻性能。

3.4 冷卻液質(zhì)量流量對電池組溫度場的影響冷卻液質(zhì)量流量除了對液冷板系統(tǒng)能耗有較大影響外，也是影響液冷式電池組熱管理系統(tǒng)散熱能力的關(guān)鍵因素之一，增加或降低冷卻液質(zhì)量流量可以強(qiáng)化或削弱電池熱管理系統(tǒng)的換熱能力。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強(qiáng)化換熱。

液冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是冷卻效率遠(yuǎn)高于風(fēng)冷，?而且可以通過加熱冷卻液來同時(shí)實(shí)現(xiàn)電池的加熱。缺點(diǎn)是液冷系統(tǒng)相對較重，?會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)。?

空氣冷卻和流動沸騰冷卻相結(jié)合 圖5 不同行的電池出現(xiàn)最大溫度值 圖6 組合冷卻系統(tǒng)中電池表面的蒸汽體積分?jǐn)?shù)的輪廓 圖7 組合冷卻系統(tǒng)鋰電池壁熱流變化輪廓 END

研發(fā)出全球唯一獲得專利的IMMERSIO浸沒式冷卻電池系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于各種電動汽車和儲能系統(tǒng)，為電池系統(tǒng)打造穩(wěn)定安全的熱管理解決方案，為工業(yè)能源轉(zhuǎn)型提供更安全、更可靠的選擇。我們擁有20多個跨國合作伙伴和客戶，以及全球數(shù)十個汽車電動化項(xiàng)目和儲能系統(tǒng)項(xiàng)目，致力于擴(kuò)展我們的浸沒式冷卻電池技術(shù)，并與我們的全球合作伙伴一起實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的未來。

常見的BTMS現(xiàn)在分為主動冷卻系統(tǒng)和被動冷卻系統(tǒng)。在主動冷卻過程中，電池模組的熱量通過空氣或液體排出。而通過相變材料(PCM)冷卻是被動冷卻。PCM優(yōu)于空氣和液體熱管理系統(tǒng)，因?yàn)樗恍枰L(fēng)扇、泵和連接等電氣機(jī)械設(shè)備。 為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們在高溫下的行為至關(guān)重要。

常見的BTMS現(xiàn)在分為主動冷卻系統(tǒng)和被動冷卻系統(tǒng)。在主動冷卻過程中，電池模組的熱量通過空氣或液體排出。而通過相變材料(PCM)冷卻是被動冷卻。PCM優(yōu)于空氣和液體熱管理系統(tǒng)，因?yàn)樗恍枰L(fēng)扇、泵和連接等電氣機(jī)械設(shè)備。 為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們在高溫下的行為至關(guān)重要。

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，通過電池箱體內(nèi)部強(qiáng)制對流帶走電池散發(fā)的熱量，最后排入環(huán)境中。自然冷卻無單獨(dú)冷卻系統(tǒng)，僅依靠自然對流散熱，該方式電池溫度高，但成本低。 為滿足車輛總重量大、續(xù)駛里程長的要求，該車型選用磷酸鐵鋰電池電容量達(dá)75kWh。

流變動力學(xué)分析 冷卻介質(zhì)的流變學(xué)特性直接決定了動力電池系統(tǒng)的泵送壓降、流場分布以及對復(fù)雜流道的適應(yīng)能力。通過旋轉(zhuǎn)流變儀，本研究在寬剪切速率范圍內(nèi)對樣品進(jìn)行了高精度掃描。

2、液冷模式電池熱管理設(shè)計(jì)2.1、系統(tǒng)組成 基于液體的熱管理系統(tǒng)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對電池冷卻和加熱，系統(tǒng)主要包括液冷板、管路、低溫散熱器、電池冷卻器、冷卻液循環(huán)泵、PTC水加熱器、水箱以及冷源等。其中低溫散熱器、電池冷卻器、循環(huán)水泵、PTC水加熱器和整車熱管理系統(tǒng)集成或者集成于獨(dú)立冷源，公眾號-新能源電池熱管理。

▲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個電芯并聯(lián)，每組由絕緣材料進(jìn)行分割；有22個電池模塊，最高電壓偉924V。

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)行被動冷卻。然而，就電動汽車的商業(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。

2、液冷模式電池熱管理設(shè)計(jì)2.1、系統(tǒng)組成 基于液體的熱管理系統(tǒng)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對電池冷卻和加熱，系統(tǒng)主要包括液冷板、管路、低溫散熱器、電池冷卻器、冷卻液循環(huán)泵、PTC水加熱器、水箱以及冷源等。其中低溫散熱器、電池冷卻器、循環(huán)水泵、PTC水加熱器和整車熱管理系統(tǒng)集成或者集成于獨(dú)立冷源，公眾號-新能源電池熱管理。

針對常用的風(fēng)冷散熱系統(tǒng)，闡述了不同類型的特點(diǎn)，綜述了國內(nèi)外在電池內(nèi)部流道、進(jìn)出風(fēng)口結(jié)構(gòu)、冷卻空氣流體參數(shù)等方面開展的仿真與實(shí)驗(yàn)研究，以及采用優(yōu)化算法和優(yōu)化策略，改善電池內(nèi)部溫度和溫差的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。為克服風(fēng)冷散熱系統(tǒng)冷卻效率低及密封性不足的問題，基于風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的混合冷卻系統(tǒng)被研究者廣泛提出。

參考文獻(xiàn)[1] HAYES G J,GOODARZI G A.電驅(qū)動系統(tǒng):混動、純電動與燃料電池汽車的能量系統(tǒng)、功率電子和傳動[M].劉亞彬,譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2021.[2] 余建祖.換熱器原理與設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.[3] 袁俠義,谷正氣,楊易,等.汽車發(fā)動機(jī)艙散熱的數(shù)值仿真分析[J].汽車工程,2009(9):843-847,857.

在替代傳統(tǒng)車輛內(nèi)燃機(jī)的現(xiàn)有選擇中，電力驅(qū)動的動力總成，包括電動機(jī)和機(jī)電電池似乎是最有前途的。電池熱管理系統(tǒng)分為有源 TMS、無源 TMS 和混合 TMS。被動熱管理系統(tǒng)，如熱管或受益于相變材料 (PCM) 的系統(tǒng)，可以在不消耗任何能量的情況下控制電池溫度。然而，它們的冷卻能力有限，這意味著它們的可靠性不能滿足汽車傳熱工程師的要求。

雖然提供相對較低的熱交換能力，但該冷卻系統(tǒng)在 LIB 系統(tǒng)中得到了很好的采用，對在較高電流速率下進(jìn)行快速充電和放電操作的要求不高。液冷式一般傳熱系數(shù)較高，溫度分布均勻，根據(jù)電池表面是否與傳熱流體直接接觸，液冷方式一般分為直接接觸式和間接接觸式液冷。與間接接觸冷卻相比，直接接觸液體冷卻使用介電流體有效地去除電池熱量，具有很大的緊湊性和高冷卻速率，但在商業(yè)應(yīng)用中可能不實(shí)用。

3）液冷系統(tǒng)液冷方式主要把冷卻液作為冷卻介質(zhì)為電池系統(tǒng)降溫。常用的純電動汽車熱管理液冷系統(tǒng)主要包括冷凝器、壓縮機(jī)、水泵、熱交換器等部件。首先，冷卻液流經(jīng)冷凝器、壓縮機(jī)后被強(qiáng)制降溫，然后低溫冷卻液經(jīng)過電池系統(tǒng)內(nèi)部冷卻流道與電芯發(fā)生熱交換以后，再流經(jīng)熱交換器與低溫制冷劑進(jìn)行熱交換，從而將電池產(chǎn)生的熱量帶出電池系統(tǒng)，降低電池溫度。