Thermal management for HV batteries:
What really matters
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一、動力電池熱管理系統的功能
由於過高或過低的溫度，都將直接影響動力電池的使用壽命和性能，並有可能導致電池系統的安全問題，並且電池箱內溫度場的長久不均勻分布，將造成各電池模組、單體間性能的不均衡，因此，電池熱管理系統，對於電動車輛動力電池系統而言是必需的。可靠、高效的熱管理系統，對於電動車輛的可靠安全應用意義重大。
電池組熱管理系統有如下5項主要功能：
①電池溫度的準確測量和監控。
②電池組溫度過高時的有效散熱和通風。
③低溫條件下的快速加熱。
④有害氣體產生時的有效通風。
⑤保證電池組溫度場的均勻分布。
二、電池內傳熱的基本方式
電池內熱傳遞方式主要有熱傳導、對流換熱和輻射換熱3種方式。
電池和環境交換的熱量也是通過輻射、傳導和對流3種方式進行的。熱輻射主要發生在電池表面，與電池表面材料的性質相關。
熱傳導是指物質與物體，直接接觸而產生的熱傳遞。電池內部的電極、電解液、集流體等都是熱傳導媒介，而將電池作為整體，電池和環境介面層的溫度，和環境熱傳導性質，決定了環境中的熱傳導。
熱對流是指電池表面的熱量，透過環境媒介（一般為流體）的流動交換熱量，它也和溫差成正比。
對於單體電池內部而言，熱輻射和熱對流的影響很小，熱量的傳遞主要是由熱傳導決定的。電池自身吸熱的大小與其材料的比熱容有關，比熱容越大，散熱越多，電池的溫升越小。
如果散熱量大於或等於產生的熱量，則電池溫度不會升高。如果散熱量小於所產生的熱量，熱量將會在電池體內產生熱積累，電池溫度升高。
三、電池組熱管理系統
設計實現按照傳熱媒介，可將電池組熱管理系統分為空冷、液冷和相變材料冷卻3種。考慮到材料的研發，以及製造成本等問題，目前最有效且最常用的散熱系統，是採用空氣作為散熱介質。按照散熱風道結構，空冷系統又可分為串行通風方式和並行通風方式兩種，如圖4-16和圖4-17所示。
圖4-16 串行通風方式
圖4-17 並行通風方式
串行情況下一般是使空氣從電池包一側流往另外一側，從而達到帶走熱量的效果。這時，氣流會將先流過的地方的熱量，帶到後流過的地方，從而導致兩處溫度不一致且溫差較大。而並行情況下模組間，空氣都是直立上升氣流。這樣能夠更均勻地分配氣流，從而保證電池包中各處的散熱一致性。
熱管理系統按照，是否有內部加熱或制冷裝置，可分為被動式和主動式兩種。被動系統成本較低，採取的設施相對簡單；主動系統相對複雜，並且需要更大的附加功率，但效果較為理想。圖4-18～圖4-20為空氣加熱與散熱主、被動結構示意圖。
圖4-18 被動加熱與散熱-外部空氣流通
圖4-19 被動加熱與散熱-內部空氣流通
圖4-20 主動加熱與散熱-外部和內部空氣流通
圖4-18和圖4-19中，儘管空氣是經過汽車空調或供暖系統，冷卻和加熱的，但它仍然被認為是一種被動系統。
運用這種被動系統，由於引入環境空氣的溫度的不一致性，環境空氣必須在一定溫度範圍（10～35℃）中才能正常進行熱管理，在環境極冷或極熱條件下，運行電池包可能會產生更大的不均勻。加熱系統中，除了採用將熱空氣引入電池包中的方式外，還可以採用其他方式，如圖4-21～圖4-24所示（方形電池）。
圖4-21 電池列前後纏繞矽膠加熱線
圖4-22 電池列間添加電熱膜
圖4-23 電池本體上包覆電熱膜
圖4-24 電池上、下添加加熱板
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