各位老铁们好，相信很多人对新能源汽车电池热管理技术都不是特别的了解，因此呢，今天就来为大家分享下关于新能源汽车电池热管理技术以及的问题知识，还望可以帮助大家，解决大家的一些困惑，下面一起来看看吧！
例如，低温会降低锂离子电池的功率和能量输出，而高温会导致电池组件发生复杂的副反应，在极端条件下引发热失控（TR）。对于电池系统来说，温度分布不均匀会导致电芯的电化学行为不同和电性不平衡，严重影响新能源汽车的性能。因此，有必要打造可靠、高效的电池热管理系统（BTMS），将电池温度维持在新能源汽车规定的范围内。理想的BTMS 应该能够将电池组调节到最佳温度，同时增加最小的重量和成本。
如今，BTMS 已得到广泛研究，可分为以下几类：主动或被动、串联或并联、加热或冷却、空气或水或相变材料(PCM)，以及结合多种方法的混合策略。 BTMS的项目设计对电池系统的成本、传热、能量管理、电池健康、能量密度等影响很大。总的来说，未来提高充电速度以实现更快充电和更长续航里程的目标意味着BTMS 应该更加重要。
作为复杂的电化学储能系统，锂离子电池在工作过程中，特别是在高倍率充放电过程中会产生大量的热量。在张的研究中，未经任何处理（环境温度为25C），三元电池在3C放电倍率下的温度将超过75C。一般来说，锂离子电池作为重要的储能器件，对温度和电压非常敏感。图1a 说明了不同电压和温度下的LIB 行为。据悉，锂离子电池的适宜工作温度为15~35，这是电池厂设定的设计标准。随着温度升高，由于电解质和电极材料中离子的快速迁移以及快速的电化学反应，电池表现出更高的功率输出和更高的容量。然而，副反应变得更加严重，导致容量快速衰减并引发更高的温度。如果热量不及时散发，温度会依次升高。固体电解质界面（SEI）以及电极材料的分解和副反应的增加可能导致火灾危险。相反，低温会导致负极镀锂，电解液粘度增大，锂离子电导率降低，从而使可用能量减少，内阻增大，导致锂离子电池倍率性能变差，如图1b、c所示。据报道，锂镀层会与电解质发生反应，导致循环过程中容量衰减和气体释放。更严重的是，锂枝晶的持续生长可能会进一步穿透隔膜，导致锂离子电池内部短路。虽然微短路会引起锂离子电池的自放电，但大的短路会引起锂离子电池的自放电。严重的安全问题。因此，需要保证锂离子电池运行在“舒适区”。
图1(a)温度对锂离子电池寿命、安全性和性能的影响；
(b)能量密度与环境温度的关系；
(c) 归一化内阻与温度的关系；
上一节介绍了温度对单个细胞的影响。对于新能源汽车来说，电池系统称为电池组，由数百个锂离子电池串联或并联组成，以满足电压和功率要求。事实上，每个电池之间的热传递受到电池组复杂结构的限制，这将导致电池组内出现热梯度。电池、模块或电池组内的不均匀温度分布会导致充电或放电行为以及电化学性能的变化，进一步导致温度不一致。锂离子电池的均匀性会降低电池系统的寿命，导致容量利用率降低，甚至系统故障。因此，保持电池之间的温度一致性是BTMS克服电池系统“木战效应”的另一个关键问题。
电池热管理系统
为了在工业中广泛采用，电池采用固定的形状和几何形状。在某些应用中，电池系统会受到高倍率充放电、高低温等极端工作条件的影响，这会增加电池系统发生故障的概率。为了保持适当的工作温度，应采用BTMS。传热介质对BTMS的成本和性能有重大影响。传热介质可以是空气、液体、相变材料（PCM）等。
1.风冷
总体而言，风冷因其结构简单、重量轻、易于维护等优点被认为是新能源汽车BTMS的一种经济高效且可靠的解决方案。有人提出，风冷可分为自然对流和强制对流。自然对流通过让空气自发地扫过电池组来冷却电池。据悉，自然空气对流散热对于新能源汽车的BTMS来说效果不佳。相比之下，强制对流比自然对流显示出更好的热交换效率，因为气泵与蒸发器的结合使用可以有效地循环冷却/加热空气。凭借BTMS的良好性能，强制对流在汽车领域得到了广泛的应用。据悉，强制对流可分为被动空气对流和主动空气对流。
一般来说，被动系统从大气或机舱吹送空气。然而，无源系统的性能取决于环境温度。相比之下，主动系统从供暖、通风和空调(HVAC) 系统的加热器或蒸发器获取预处理空气。一般来说，经过加热器或HVAC预处理的空气在低温（冰点以下）和高温（超过45C）等极端条件下表现出更好的热控制能力。
此外，风道结构对BTMS的效率也有很大影响。一般来说，新能源汽车风道的主流结构可分为并联通风和串联通风，如图2a和b所示。通过这两个风道分析电池组的热性能。研究发现并联通风BTMS 比串联通风BTMS 提供更低的最高温度和更均匀的温度分布。考虑到圆柱形电池的几何尺寸，提出了一种新的轴流空气冷却系统（图2c）。据悉，轴向通风可以最大限度地利用电池组空间，为搭载圆柱电池的新能源汽车提供更高的功率密度。
图2.基于风冷的BTM传统结构。
(a)串联通风；
(b) 平行通风；
(c) 轴向空气强制流动；
为了实现电池系统的最佳性能，应优化风冷式BTMS。如今，计算机数值模拟技术的发展和实验的进行有助于对风冷式BTMS进行优化，其重点是电池组的布置、空气流速、流动路径以及电池组中电芯的几何排列。
2.平行线
一般来说，并联风冷BTMS可分为九种类型，如表1所示。一些研究人员应用涉及CFD方法的数值求解来研究并联风冷BTMS的热性能。图2b 显示了九个平行空气管道的速度等值线，这表明流动模式受空气入口和出口位置的显着影响。对于BTMS III，各冷却通道内的气流速度分布差异最大，温度差异也最大。相比之下，BTMS VII 和BTMS IX 各冷却通道内气流速度分布的差异比其他BTMS 更小，对应的温差更小，研究表明与Z 型BTMS（BTMS I）相比，最高温度和最大温差分别下降4.3和6.0。
表1 9台BTMS的进风口和出风口位置
通过测试和优化进风角度、出风角度以及各电池之间的间隙，提高了U型风冷BTMS的散热性能。他们的BTMS在2.5入口角、2.5出口角和等通道间隙的条件下表现出最佳的冷却性能。研究了通风类型、间隙尺寸、环境和串联通风进风温度对不同电池模块冷却效果的影响。
3 轴向空气强制对流
强制轴向气流的结构如图2c所示。有时，会在电池表面添加散热器，以增强风冷系统的热性能。然而，与相同体积的液体冷却方法相比，翅片冷却会给电池增加高达约39%的额外重量。相比之下，直接液冷和间接液冷分别增加了电池重量约2.95%和7.16%。尽管传统的空气冷却被认为是最简单、最轻的方法，但添加翅片会增加重量并抵消这些优点。电池系统能量密度的降低也限制了翅片冷却在新能源汽车BTMS中的应用。
4.液冷
与空气介质相比，液体介质具有更高的导热率和更高的热容量，在电池模块的温度分布方面表现出更好的行为，可以满足大规模电池高倍率放电/充电的冷却要求。然而，液体冷却系统的复杂性增加了制造成本。一般来说，液冷策略可分为直接冷却和间接冷却。
5.液基直冷
一般来说，直接冷却，也称为液浸冷却，已成功应用于变压器。如今，浸没式冷却在电子设备和新能源汽车领域受到广泛关注。
如图3所示，电池模组部分或全部浸没在冷却介质中，可以直接吸收电池产生的热量，有利于增强电池模组的温度均匀性。此外，直接冷却可以简化系统设计并降低系统复杂性。为了实现高传热效率，直接冷却的冷却介质应具有优良的化学和物理性能，如高导热率、低粘度和高热容。由于浸入式电池存在外部短路(ESC) 的风险，因此潜在的冷却介质应该是电绝缘的。此外，还应考虑无毒、化学稳定性、不可燃性等环境和安全要求。尽管水/乙二醇基冷却剂广泛用于间接冷却系统，但水的导电特性限制了其在浸没式冷却系统中的使用。据介绍，浸没式冷却系统中常用的介质包括烃油、硅油和氟化烃。
图3. 液浸式冷却系统
(a)静态流动；
(b) 强迫迁移；
电力电子直冷系统采用氢氟醚作为冷却介质。如今，优异的业绩促使其向BTM扩张。如果LIB的表面温度上升到Novec 7000的沸点，液体就会沸腾并吸收大量的热量。在一定程度上，Novec 7000的不可燃性可以降低锂离子电池热失控的风险。在直接冷却系统中，介质的特性对于确定冷却效率和热稳定性至关重要。电池模块工作在高倍率充放电条件下。 Novec 7000 在介质浸入式冷却方面表现出出色的热性能。在10/20循环下，保持电池温度不超过35，每节电池温差小于1。
浸入式冷却介质可以使用烃基流体，包括矿物油和聚 烯烃(PAO)。矿物油是石油的馏出物，由于其成本低、成本低而引起直接冷却的兴趣。毒性和足够的工作温度范围，如表2所示，采用强制流浸入式冷却系统来冷却由多个软包电池组成的电池组。在1 L/min、5 L/min和10 L/min不同流量下，电池最高温度可维持在32.8、30.8和30.6。但矿物油中的杂质导致氧化稳定性差。某些杂质（例如含硫化合物）可能会导致电气系统中的铜腐蚀。与矿物油相比，PAO 具有更高浓度的饱和碳碳化学键，提供更稳定的结构。此外，PAO的粘度可以在较宽的范围内控制。据悉，PAO广泛用作高性能发动机油的基础油。
硅油是浸入式冷却系统的另一种潜在介质。与碳氢化合物类似，硅油的粘度由硅氧烷单体链的长度决定。使用硅油作为冷却剂来淹没数据中心。他们比较了20 cSt硅油和50 cSt硅油的性能，20 cSt硅油的自然对流更加明显。
水/乙二醇混合物因其相对较低的成本和较高的导热性而广泛用于间接冷却系统。然而，较差的电绝缘性能限制了其在电池浸没式热管理系统中的实际应用。为了解决这个问题，一些研究人员提出在电子元件上涂覆一层薄绝缘层。例如，薄至1 m 的聚对二甲苯C 涂层表现出比上述介电流体更好的导热性，以及水/乙二醇系统的热通量。 Novec 7000 电介质的导热率为0.08 W/mK，而水-乙二醇(50:50) 的导热率为0.4 W/mK。这意味着Novec 7000 由于其沸点较低和蒸发潜热较低，可能适合低功率设备。改进了高功率设备的水/乙二醇系统。
表2. 液体冷却系统中不同流体的热和物理特性
6.液基间接冷却
基于液体的间接冷却系统比基于液体的直接冷却系统（液浸冷却系统）更容易实施。如表2所示，在具有较低粘度的液基间接冷却系统中使用水和乙二醇的混合物作为通用冷却剂可以在相同的泵功率下实现更高的流量。因此，经常使用间接接触模式，使液体通过离散的管道、夹套或冷却板。由于成本相对较低，液基间接冷却被认为是电动汽车中使用最广泛的BTMS。
冷板
冷板是一块带有内部通道的扁平金属板，通过该通道泵送液体冷却介质。如图4a所示，冷板可以安装在三个位置：嵌入电池单元内（模式A）、夹在相邻电池之间（模式B）或附着在电池模块侧面（模式C）。对于模式A，通道尺寸必须足够小，以便集成到电池组件中，并且护套应具有化学稳定性，以抵抗电化学腐蚀（图4a）。对于模式B，冷板布置在相邻电池之间。为了提高电池系统的能量密度，应设计低厚度的冷板（图4a）。对于模式C，冷板通常与电池模块的侧面或底部热接触（图4a）。为了有效传导热量，可以在电池之间放置散热器，以增强从模块到冷板的热传递。由于其扁平形状，冷板广泛用于电池模块，由棱柱形电池而不是圆柱形电池组成。一般来说，冷板有望为电池提供结构支撑，并集成到电池组中，以确保电动汽车的安全性和紧凑性。
图4
(a) 不同位置的冷板配置；
(b)冷板液体通道的布置；
显然，为了提高利用冷板技术的BTMS的性能，可以优化通道的布置和液体流动。一般来说，通道配置可分为直线设计、蛇形设计、U形弯曲设计、南瓜设计、螺旋设计和六边形设计，如图4b所示。
分立管
与冷板结构相比，不同配置的离散管还可以在液体介质和细胞之间传递热量。由于管结构的原因，分立管的间接接触模式适用于由圆柱电池或棱柱电池组成的电池系统。仿真表明，虽然无法阻止电芯的TR，但微通道管结构可以有效阻止TR在模块中传播。
图5 BTM系统结构图
(a)方形电池微通道冷却系统示意图；
(b)特斯拉Model S 电池冷却；
(c) 基于离散管和圆柱形电池铝块的BTM；
分立管广泛应用于由圆柱形电芯组成的电动汽车电池系统中，如图5b所示。金属管排列成一系列带状，蜿蜒穿过Tesla Model S 的电池模块，这是电动汽车行业的常见结构。此外，还提出了一些新颖的离散管结构。例如，采用铝元件包裹圆柱形电池作为热连接部件，将电池的热量传递到放置在电池模块侧面的液体管，这样可以避免液体介质泄漏时发生电连接。
7.PCM-冷却
PCM 是一种基于相变过程储存或散热的材料。作为热管理应用的创新解决方案，PCM可以在熔化过程中吸收大量潜热，同时在较长时间内保持在相变温度附近的稳定温度（图6a）。为了满足LIB的工作温度，通常使用熔化温度在20至60之间的相变材料。虽然PCM可以促进大尺寸电池在高倍率放电下的温度均匀性，但仍存在一些需要克服的挑战，例如导热系数低、体积变化大、易燃、结构强度弱以及存在泄漏风险等。熔化的PCM。
为了克服这些缺点，形状稳定的PCM由PCM作为分散材料和其他材料作为添加材料组成。据报道，添加不同性能的添加剂或骨架可以提高导热性、增强形状保持性、吸收液态相变材料（图6b）。为了提高基于PCM的BTMS的导热性，人们引入并研究了各种材料，包括金属颗粒、金属泡沫、碳纤维、石墨烯和碳纳米管。
表3 详细介绍了这些改进的PCM 的增强性能
图6
(a) 相变材料系统的温度特性；
(b) 添加各种添加剂作为支撑框架或热导体的PCM复合材料的结构； (c) PA/EG-CM复合材料的结构及其在BTMS中的应用；
表3. BTMS的PCM增强特性。
8.新能源汽车BTMS
表4 根据集成、效率、维护、能量密度和其他因素简要总结了各种BTMS 的性能。事实上，随着电池组集成度的提高，传统的风冷方式已经不能满足BTMS的功能需求。一般来说，新能源汽车的各个子系统都有不同的理想工作温度范围，这意味着需要采用不同的热管理策略。此外，为了利用各种子系统，BTMS 的设计应与车辆热管理系统（VTMS）集成。
表4. BTMS特性分析
图7展示了BTMS的发展趋势。供暖、通风和空调系统(HVAC) 本质上是一个热泵系统，通过控制冷水机的运行在供暖和制冷模式之间切换。出色的加热/冷却能力使其成为受欢迎的选择。对于空冷系统（图7a），HVAC可以作为热交换器来降低或升高BTM的入口空气温度，从而可以增强空冷系统的性能。对于基本的液体冷却系统，主管道作为辅助冷却回路连接到HVAC 系统，以提高其性能（图7b）。制冷剂直接冷却系统结构图如图7d所示。它的工作原理类似于车辆的空调系统。在该系统中，蒸发器放置在电池组中，与乘客舱中的蒸发器平行。液态制冷剂经过膨胀阀后流入蒸发器，通过大量的蒸发潜热直接冷却电池。尽管该系统看似简单，但其强大的性能使其被认为是与液体冷却系统竞争的潜在候选者。除了HVAC系统外，发动机产生的热量还可以通过将液体回路连接到发动机冷却系统来利用，这是HEV/PHEV的特殊结构（图7b、c）。此外，PCM 可以与液体冷却相结合，以增强BTM 的性能。在该方案中，位于电池之间的PCM吸收电池产生的热量，液体冷却系统去除PCM中多余的热量。与HVAC 结合形成复杂的BTMS。然而，VTM的优化是一项艰巨的任务，需要各个子系统的协调配合才能满足节能高效的要求。
图7 新能源汽车BTM示意图
(a)新能源汽车电池组风冷系统；
(b) 结合液体冷却和HVAC 的BTM 示意图；
(c) 结合液体、PCM 和HVAC 的BTM 示意图；
(d) 基于直接制冷剂的冷却系统；
9、新能源汽车BTMS未来展望
新能源汽车电池系统相关的火灾隐患越来越引起人们对电池热安全问题的关注。虽然基于PCM和液体直冷的BTMS对电池组具有优越的热保护性能，但成本和重量限制了其在新能源汽车中的应用。
为了确保电池系统的安全运行，必须开发全面的热安全管理系统（TSMS）。该系统的设计应能够在潜在的电池故障发生之前检测到它们，并在发生热失控时提供紧急冷却和灭火。此外，应使用隔热层来防止热量和火焰蔓延到系统的其他部分或周围环境。
为了实现这些目标，TSMS应采用先进的监测和诊断技术，可用于检测异常温升、内部压力和电压等。一些传感器，如光纤布拉格光栅（FBG）和内置柔性薄型传感器已经提出了传感器——薄膜传感器。
一旦发生故障，应启动紧急冷却措施，以防止进一步过热和热失控。这可能包括使用冷却风扇、液体冷却系统、HVAC 制冷剂系统或液氮/液氩/液态二氧化碳/R134a 喷雾系统。
如果确实发生火灾，热安全管理系统应具有灭火能力，能够迅速抑制火焰并防止其蔓延。这可能包括使用灭火剂，例如水或泡沫，或激活电池系统本身内置的灭火系统。
最后，应采用热障来抑制TR 期间相邻电池之间的热传递。石棉绝缘材料、云母片和其他复合材料等材料被认为是隔热层的候选材料。隔热虽然可以在异常工作条件下提供优异的安全性能，但也会破坏电池热管理系统（BTMS）原有的导热路径。因此，寻找传热与热安全之间的平衡是需要解决的重要问题。
总体而言，BTMS 和TSMS 的协同设计对于电池系统的未来至关重要。这两个系统可以确保电池系统的安全稳定运行，这对于新能源汽车行业的持续增长和成功至关重要。
综上所述
用户评论
确实呀！电动汽车冬天怎么开才能续航很久是头疼事，电池热管理这一块儿做得得好，应该能让用户更安心使用电动车
有14位网友表示赞同！
文章说的太对了，新能源车辆的核心竞争力就是这块儿电池和热管理技术，要是做得好，市场竞争就更大了
有15位网友表示赞同！
我最近关注的一些品牌都在强调电池热管理技术，看来这是个非常重要的发展趋势啊！
有10位网友表示赞同！
我觉得文章分析得很透彻，把新能源汽车电池热管理技术的现状和未来趋势都总结得很到位。尤其是对不同类型热管理技术的介绍，很有帮助!
有8位网友表示赞同！
我一直很好奇如何解决电动汽车在高温环境下电池发热的难题，这篇文章解释得比较清楚！感觉以后可以更了解一些新能源汽车的知识
有5位网友表示赞同！
说实话，我对那些吹嘘说自己电池热管理技术领先的技术没啥信心，最终还是要看实际续航比和使用寿命才能得出结论。
有8位网友表示赞同！
这种技术太复杂了，普通人根本不懂，文章说得我一脸懵。还是简单说说新能源汽车的优点吧！
有7位网友表示赞同！
电池热管理技术的确很关键，如果做不好，电动汽车的价格就可能会更贵，而且用户体验也会受到影响，希望更多厂家重视这一方面
有16位网友表示赞同！
夏天开车空调会耗电很多，再加上电池发热，续航里程估计会减少不少吧？这个电池冷冻技术确实很有用!
有5位网友表示赞同！
新能源汽车的充电基础设施建设跟上没有这真是个大问题，就算電池熱管理技術做得再好，用户也不一定能轻易找到可以充电的地方
有9位网友表示赞同！
我觉得文章分析得很有深度，尤其是探讨了未来电池热管理技术的趋势和挑战，让我们看到了这个行业的未来发展方向
有12位网友表示赞同！
文章说得有点过于专业，我希望能够用更通俗易懂的方式解释一下那些技术指标，这样更容易被普通用户理解！
有5位网友表示赞同！
新能源汽车的发展离不开电池热管理技术的进步，这篇文章让我对这项技术有了更深刻的认识
有6位网友表示赞同！
如果说新能源汽车要走向大众化，那么电池热管理技术的成本必须降低才行
有11位网友表示赞同！
电池热管理技术确实很关键，希望以后厂家可以更加重视用户体验，研发出更加可靠、高效的热管理系统！
有7位网友表示赞同！
这个技术听起来很高大上啊，感觉自己好像在听科幻片里的情节！ 希望以后电动车能越来越先进，续航里程也越来越长!
有10位网友表示赞同！