概       述  

與傳統(tǒng)燃油汽車的熱管理主要集中在發(fā)動(dòng)機(jī)艙不同，電動(dòng)汽車的熱管理不僅出現(xiàn)在電機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)上，也出現(xiàn)在作為儲(chǔ)能介質(zhì)的電池上。

一方面，熱管理對(duì)電池的壽命有著重大的影響。Hingordni的研究表明，電池的化學(xué)反應(yīng)速率與溫度呈幾何級(jí)數(shù)關(guān)系曲線，溫度每上升10 ℃，電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)速率將加倍。Somogye的研究表明，鎳氫電池長(zhǎng)期工作在 45 ℃ 下，其循環(huán)壽命 將減少 60% 。

另一方面，電池?zé)峁芾硪矝Q定了汽車的功率。Todd M．Bandhauer 等開展了關(guān)于鋰離子電池在高溫環(huán)境下使用情況的研究，其結(jié)果表明過高的溫度將導(dǎo)致電池內(nèi)部某活性物質(zhì)的惰性轉(zhuǎn)變及歐姆熱阻的增長(zhǎng)，使電池的充放電容量和功率等出現(xiàn)不同程度的降級(jí)。

因此，電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)是具有很高研究?jī)r(jià)值的問題，一是要控制不同單體電池的工作溫差，使電池組具有的一致性的溫度。二是要控制電池的工作溫度，對(duì)其使用壽命和使用性能進(jìn)行制約。

電池?zé)峁芾砑夹g(shù)分類

為實(shí)現(xiàn)較低的工作溫差和熱量積累，需要根據(jù)車輛運(yùn)行過程中釋放的總熱量以及電池類型的不同，采取不同的熱管理策略，一般分為風(fēng)冷、液冷、相變材料冷卻、熱管冷卻。

根據(jù)需要，有時(shí)會(huì)采取多種冷卻技術(shù)的配合使用。例如液冷系統(tǒng)，一般也采用風(fēng)冷的方式給冷卻液散熱。由于液體介質(zhì)的比熱容、對(duì)流換熱系數(shù)遠(yuǎn)大于空氣，相比于單獨(dú)使用風(fēng)冷，電池的熱量能夠更快速地被帶走。

早期的電動(dòng)汽車使用較為簡(jiǎn)單的風(fēng)冷技術(shù)，分為自然風(fēng)冷和強(qiáng)制風(fēng)冷，按照風(fēng)道進(jìn)行劃分，則可以分為并行通風(fēng)和串行通風(fēng)。日本的混合動(dòng)力汽車廠商 Prius 和Insight采用串行通風(fēng)的方式冷卻電池組，其后 Pesaran等分別采用串行通風(fēng)和并行通風(fēng)兩種方式對(duì)電池組進(jìn)行冷卻。風(fēng)冷的散熱能力有限，從冷卻介質(zhì)的物理特性來看，空氣的對(duì)流換熱系數(shù)為5~25（自然對(duì)流）、20~300（強(qiáng)制對(duì)流），水的對(duì)流換熱系數(shù)為200~1000（自然對(duì)流）、1000~15000（強(qiáng)制對(duì)流），專用的冷卻液性能則會(huì)更好。

相變材料冷卻是通過相變材料，在相變過程最后產(chǎn)生的恒溫特點(diǎn)和相變潛熱特性，對(duì)電池中產(chǎn)生的熱量進(jìn)行吸收。以水為例，水存在三種相態(tài)形式分別為普通液態(tài)水、固態(tài)冰和氣態(tài)水蒸氣。三種相態(tài)間的轉(zhuǎn)化稱為相變，而相變過程中伴隨放熱或吸熱，液態(tài)水蒸發(fā)吸熱，水蒸氣冷凝放熱。新能源汽車即利用蒸發(fā)吸熱、冷凝放熱原理，在冷卻部件內(nèi)部水蒸發(fā)吸熱吸收熱量，冷卻部件外冷凝放熱向環(huán)境散發(fā)熱量，散熱降溫后的水再次送入冷卻部件吸收熱量，如此循環(huán)往復(fù)保證冷卻部件在正常溫度工作。

熱管冷卻導(dǎo)熱性高、等溫性能高、熱流密度可控的特點(diǎn)，但是其制造材料與技術(shù)工藝不成熟，主要應(yīng)用于軍工航天事業(yè)。而且熱管產(chǎn)品使用壽命不高，不適合在新能源汽車上使用。

電池?zé)峁芾硇阅苎芯糠椒?

目前，液冷是市面上主流車型中最常見的電池散熱方式，電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組液冷系統(tǒng)研究進(jìn)展迅速，主要研究方向集中在電池組和液冷水管的排布。

針對(duì)圓形動(dòng)力電池，樓英鸞提出了梅花形排列的電池組排布方式，并做了相關(guān)的模擬和實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明采用梅花形排列的電池組的溫度場(chǎng)分布較原來有所改善，但是整體的溫差仍然高于5 ℃。眭艷輝等做了電池組叉排排列和梯形排列的模擬和實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明梯形排列的電池組較好地滿足了混合動(dòng)力汽車使用的動(dòng)力電池組的冷卻要求。

此外，也能對(duì)冷卻液流量和入口溫度、放電倍率進(jìn)行優(yōu)化。冷卻液流量越大、入口溫度越低，電池經(jīng)過一段時(shí)間工作后的最高溫度越低。

電池的放電倍率越高，耗散的熱量就越多，因此需要將放電倍率與冷卻系統(tǒng)的性能進(jìn)行匹配，確保不同工況下，電池都能保持合適的工作溫度。

結(jié)       語

電動(dòng)汽車作為未來主流的交通工具，其能源利用效率、零部件耐久性以及安全性具有重要的研究?jī)r(jià)值。動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車最主要的能量耗散的組件之一，其冷卻系統(tǒng)在電動(dòng)汽車工作性能、工作效率和經(jīng)濟(jì)性上扮演著重要的角色。