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一、電動汽車電池系統(tǒng)熱管理背景

電池組是電動汽車的主要儲能部件，由鋰電池組成，直接影響到電動車的性能。由于車輛上裝載電池的空間有限，正常運(yùn)行所需的電池數(shù)目也較大，電池會以不同倍率放電，并以不同生熱速率產(chǎn)生大量熱量，再加上時間累積以及空間影響將會聚集大量熱量，從而導(dǎo)致電池組運(yùn)行環(huán)境溫度情況復(fù)雜多變。電池包內(nèi)溫度上升嚴(yán)重影響電池組的電化學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)行、循環(huán)壽命、充電可接受性、電池包功率和能量、安全性和可靠性等。如果電動汽車電池組不能及時散熱，將導(dǎo)致電池組系統(tǒng)的溫度過高或分布不均勻，其結(jié)果將降低電池充放電循環(huán)效率，影響電池的功率和能量發(fā)揮，嚴(yán)重時還將導(dǎo)致熱失控，影響系統(tǒng)安全性與可靠性；另外，由于發(fā)熱電池體的密集擺放，中間區(qū)域必然熱量聚集較多，邊緣區(qū)域較少則增加了電池包中各單元之間的溫度不均衡，這將造成各電池模塊、單體性能的不均衡，最終影響電池性能的一致性及電池荷電狀態(tài)（SOC）估計的準(zhǔn)確性，影響到電動汽車的系統(tǒng)控制。

鋰離子電池工作原理本質(zhì)上是內(nèi)部正負(fù)極與電解液之間的氧化還原反應(yīng)，在低溫下電極表面活性物質(zhì)嵌鋰反應(yīng)速率減慢、活性物質(zhì)內(nèi)部鋰離子濃度降低，這將引起電池平衡電勢降低、內(nèi)阻增大、放電容量減少，極端低溫情況甚至?xí)霈F(xiàn)電解液凍結(jié)、電池?zé)o法放電等現(xiàn)象，極大的影響電池系統(tǒng)低溫性能，造成電動汽車動力輸出性能衰減和續(xù)駛里程減少。此外，在低溫環(huán)境下充電容易在負(fù)極表面形成鋰沉積，金屬鋰在負(fù)極表面積累會刺穿電池隔膜造成電池正負(fù)極短路，威脅電池使用安全，電動汽車電池系統(tǒng)低溫充電安全問題極大的制約了電動汽車在寒冷地區(qū)的推廣。

因此為了提高整車性能，使電池組發(fā)揮最佳的性能和壽命，就需要優(yōu)化電池包的結(jié)構(gòu)，設(shè)計能夠適應(yīng)高溫和低溫的電動汽車電池包熱管理系統(tǒng)BTMS。

二、電動汽車電池系統(tǒng)熱管理技術(shù)現(xiàn)狀

動力電池散熱研究可分為空氣散熱、液冷散熱、固體相變材料散熱和熱管散熱等方式，現(xiàn)有主要散熱技術(shù)以前三種為主。

1.空冷式散熱系統(tǒng)

空冷式散熱系統(tǒng)也叫風(fēng)冷式散熱系統(tǒng)。空冷式的散熱方式最為簡單，只需要讓空氣流經(jīng)電池表面帶走動力電池所產(chǎn)生的熱量，達(dá)到對動力電池組散熱的目的。根據(jù)通風(fēng)措施的不同，空冷式又有自然對流散熱和強(qiáng)制通風(fēng)散熱兩種方式。自然對流散熱不依靠外部附加的強(qiáng)制通風(fēng)措施（如加風(fēng)機(jī)等），只是通過電池包內(nèi)部流體自身因溫度變化而產(chǎn)生的氣流進(jìn)行冷卻散熱的系統(tǒng)。強(qiáng)制對流冷卻散熱系統(tǒng)是在自然對流散熱系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上了相應(yīng)的強(qiáng)制通風(fēng)技術(shù)的散熱系統(tǒng)。當(dāng)前動力電池空冷式散熱主要有串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種系統(tǒng)。但該種方式效果較差，且很難達(dá)到較高的電池均溫性。

2.液冷式散熱系統(tǒng)

動力電池的液冷式散熱系統(tǒng)是指制冷劑直接或間接地接觸動力電池，然后通過液態(tài)流體的循環(huán)流動把電池包內(nèi)產(chǎn)生的熱量帶走達(dá)到散熱效果的一種散熱系統(tǒng)。其制冷劑可以是水、水和乙二醇的混合物、礦物質(zhì)油和R134a等，這些制冷劑擁有較高的導(dǎo)熱率，可以達(dá)到較好的散熱效果。當(dāng)前動力電池的液冷技術(shù)也擁有了相當(dāng)成熟的技術(shù)，在電動汽車的散熱系統(tǒng)中也有了相對廣泛的應(yīng)用，比如特斯拉電池包就是采用水和乙二醇的混合物的液冷方式散熱，寶馬i3采用R134a進(jìn)行散熱。液冷式系統(tǒng)往往要求更復(fù)雜的更加嚴(yán)苛的結(jié)構(gòu)設(shè)計以防止液態(tài)制冷劑的泄漏以及保證電池包內(nèi)電池單體之間的均勻性，而液冷系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)也使得整套散熱系統(tǒng)變得十分笨重，不僅增加整車的重量，使得整車的負(fù)擔(dān)大大增加，而且同時由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及高密封性使得液冷系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)相對困難，維護(hù)成本也相應(yīng)增加。

3.相變材料式散熱系統(tǒng)

相變材料式散熱系統(tǒng)是以相變材料作為傳熱介質(zhì)，利用相變材料在發(fā)生相變時可以儲能與放能的特性達(dá)到對動力電池低溫加熱與高溫散熱的效果。但相變材料的熱導(dǎo)率比較低，為了改變材料的固有缺陷，人們向相變材料中填充一些金屬材料，例如有些研究中將很薄的鋁板填充到相變材料中從而達(dá)到提高熱導(dǎo)率的目的。為了提高相變材料的熱導(dǎo)率，還有人提出了向相變材料中填充碳纖維、碳納米管等。

4.熱管式散熱系統(tǒng)

熱管作為一種高效的導(dǎo)熱原件，能夠快速高效地把熱能從一個地方輸送到另一個地方，也就是能夠把熱量快速有效地在兩個物體間進(jìn)行傳輸。在電動汽車的熱管理系統(tǒng)中，國內(nèi)外很多學(xué)者也把熱管這一導(dǎo)熱原件應(yīng)用到動力電池的散熱中。與傳統(tǒng)的強(qiáng)制對流散熱系統(tǒng)相比，在引入熱管的散熱系統(tǒng)中，動力電池不僅能維持在正常工作的溫度范圍內(nèi)，而且各電池單體之間也能夠保持溫度的均勻性，這是強(qiáng)制冷卻散熱系統(tǒng)所不能達(dá)到的效果。但其質(zhì)量和體積過大，存在換熱極限。

5.電動車電池加熱系統(tǒng)

以上介紹了四種給電池散熱的方法，下面再介紹一下為了使電池適應(yīng)低溫環(huán)境的加熱方式，加熱系統(tǒng)主要由加熱元件和電路組成，其中加熱元件是最重要的部分。常見的加熱元件有可變電阻加熱元件和恒定電阻加熱元件，前者通常稱為PTC（positivetemperaturecoefficient），后者則是通常由金屬加熱絲組成的加熱膜，譬如硅膠加熱膜、撓性電加熱膜等。

PTC由于使用安全、熱轉(zhuǎn)換效率高、升溫迅速、無明火、自動恒溫等特點(diǎn)而被廣泛使用。其成本較低，對于目前價格較高的動力電池來說，是一個有利的因素。但是PTC的加熱件體積較大，會占據(jù)電池系統(tǒng)內(nèi)部較大的空間。絕緣撓性電加熱膜是另一種加熱器，它可以根據(jù)工件的任意形狀彎曲，確保與工件緊密接觸，保證最大的熱能傳遞。硅膠加熱膜是具有柔軟性的薄形面發(fā)熱體，但其需與被加熱物體完全密切接觸，其安全性要比PTC差些。

三、電動汽車電池系統(tǒng)檢測技術(shù)

湖北藍(lán)博lanbts是一家專業(yè)電池系統(tǒng)檢測的研發(fā)生產(chǎn)商，產(chǎn)品包括：小微電流測試系統(tǒng)、單體電芯測試系統(tǒng)、動力電池測試系統(tǒng)、多量程倍率充放電測試系統(tǒng)、電池組測試系統(tǒng)、超級電容測試系統(tǒng)及電池相關(guān)測試系統(tǒng)等。http://m.ggttc.cn