0 引言
能源紧缺和环境污染促进了能量存储技术的不断革新。为了实现车辆减排和控制污染的目标,许多国家的车企都在努力从传统的燃油汽车向绿色、环保的新能源汽车转变。在我国“双碳”目标、高油价的大背景下,电动汽车正逐渐成为人们出行的首选交通工具。三电（电池、电机、电控）是电动汽车的核心,电池又是电动汽车的动力来源,其使用性能的好坏,深刻影响车辆的续驶里程。车辆在行驶和充放电过程中电池内部将产生反应热和焦耳热,引起电池温度升高,电池单体和模块之间形成温差,如果不能及时有效散热,均衡电池温度,不但会造成电池容量减退,降低动力电池的性能,缩短使用寿命,而且还会导致电池包内不稳定,引起热失控。此外,极端快速充电和寒冷的气候等恶劣的运行条件会加速电池的老化,老化的电池内部电阻变大,产生过多的焦耳热,造成温度失控。温度对电池综合性能影响很大,为了安全、高效地利用电池能量,将电池组的温度保持在最佳范围内,以保证电池组的热均匀性,并平衡充放电状态,开发一套性能优良、可靠的电池热管理技术势在必行[1]。
目前电池热管理相关理论的完善和技术的不断创新,一方面从电池自身材料入手,提高电池的耐高/低温性能,强化电池耐受性,如最新的固态电池在能量密度、安全性、充电速度方面都比液态电池更优秀;另外从电池外部出发,利用空气强制对流、液体介质流动、相变材料（phase change materials, PCM）覆盖等方式,将电池温度控制在最佳工作范围内。为了追求更好的散热效率设计出结构复杂的液冷系统,在结构方面通过布置尽可能多的流道接触到每一块电池单元,优化流道结构,选择最佳的进出口位置,设计适宜的流道长度以减少能量损失等;最近几年新型材料的发展,将具有冷却或保温效应的材料与热管理系统相结合,增强散热或保温性能。新型热管、冷板、直冷等技术的发展也为电池热管理提供了新的研究思路。本文从动力电池产生的热量分析其主要的传热方式,引出目前主流的电池热管理技术——风冷技术、液冷技术、PCM冷却技术、热管冷却技术、低温环境下的电池加热技术,对其特点、研究现状和优缺点进行综述,总结并提出其未来发展的趋势。
1 动力电池导热分析
若要设计一款性能优良的电池热管理系统,首先应了解动力电池的产热和传热方式。动力电池在充放电过程中,电池内部发生不同的电化学行为。复杂的化学反应大多伴随热量的产生,同时电池内阻的存在也会产生焦耳热。
一个电池的总热源可表示为：
$Q={{Q}_{\text{r}}}+{{Q}_{\text{p}}}+{{Q}_{\text{s}}}+{{Q}_{\text{j}}}$ (1)
式中：${{Q}_{\text{r}}}$为电池的反应热;${{Q}_{\text{p}}}$为电池极化引起的能量损失;${{Q}_{\text{s}}}$为电池内副反应引起的能量损失;${{Q}_{\text{j}}}$为电池存在电阻产生的焦耳热。
热量传递包括热传导、对流传热和辐射传热三种基本方式,由电池产生的热量可以根据某一种方式传热也可相互结合。
热传导基于傅立叶定律,适用于所有物质的不同状态（固态、液态或者气态）,经验公式如下：
$\phi =-\lambda A\frac{\partial T}{\partial n}$ (2)
式中：$\varphi $为热传导热流量,W;$\lambda $为比例系数,称为热导率,又称为导热系数,用来表征材料导热性能优劣,是一种物性参数,单位为W/(m∙K);负号表示热量传递的方向与温度升高的方向相反;$\frac{\partial T}{\partial n}$表示在面积为A的法线方向上产生的温度梯度。
对流是液体和气体中热传递的主要方式,是流体（气体或液体）通过自身各部分的宏观流动实现热量传递的过程,也常伴有热传导。根据流动状态,有层流传热和湍流传热;根据引起流动的原因,又分为自然对流和强制对流,强制对流优于自然对流。
对流传热通常用牛顿冷却定律来描述：
$\phi =Ah\left( {{T}_{\text{w}}}-{{T}_{\text{f}}} \right)$ (3)
式中：$\varphi $为对流传热热流量,W;A为传热面积,m2;h为对流传热系数,表示单位温差作用下通过单位面积的热流量,W/m;Tw和Tf分别为壁面和流体的平均温度,K。
由于目前车辆上主要采用液冷散热,因此对流传热是主要的,此外是以风冷形式的热传导。
辐射传热是通过向周围物体辐射和吸收辐射能,并将其转化为热能。
物体辐射传热可根据斯特藩-玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann law）求得：
$\varphi =\varepsilon A\sigma {{T}^{4}}$ (4)
式中：$\varepsilon $为黑体的辐射系数,若为绝对黑体,则$\varepsilon $= 1,实际物体$\varepsilon $<1;A为辐射表面积,m2;σ = 5.67 × 10-8 W/(m2∙K4),称为斯特藩-玻尔兹曼常量;T为黑体本身的热力学温度（又称绝对温度）。
由式（4）可以看出,动力电池表面积A越大,辐射传热的速率越快。因在总的热传递中仅占极小部分,辐射传热一般忽略不计。
综上可知,电池产生的热量主要以对流传热和热传导进行传递,当前的散热技术也主要利用这两种传热方式。
2 热管理技术
2.1 风冷技术
电动汽车最初普遍采用结构简单的风冷系统。利用鼓风机的抽吸作用,把外部空气吸入动力电池总成,空气流过电池模组周边,最后动力电池产生的热量随空气从出风口排出,达到对电池散热的效果。风冷因通风方式不同可被划分为自然对流和强制对流两种散热方式。自然对流是利用外部冷空气流经每个电池单元表面,进行热交换实现冷却的目的。强制对流冷却是在此基础上加上机械装置,需要消耗电池的部分能量加以驱动。强制对流比自然对流更可靠,维护更简便,因此强制对流在不同车型上比较常见。然而,电池间温度的不均匀性是强制对流亟待解决的一个大问题[2]。根据通风模式的不同,风冷有串行和并行两种通风模式,如图1所示[3]。串行通风时,空气进入通风管路依次流过每个电池单体表面,在空气流动过程中,空气温度逐渐升高,和电池之间的温差持续缩小;由于电池模组两侧的温度和流速不同,气流先流过的一侧电池温度低、空气流速大;气流到达另一侧时传热效率降低,这时电池表面温度变化不大,导致两侧电池组之间温度不均匀。并行通风时,空气同时流过不同电池表面,流速相对一致,各电池的热交换情况几乎相同,改善了模组温度均衡性,因此并行通风被广泛应用。电池的排列方式也会影响风冷效果,顺排布置的电池模组,虽然冷却气流的流动阻力较小,但电池单元的接触面积少,对流效果不佳,散热效率较差,通常不采用。交叉布置增大流经电池之间的气流扰动,提高了散热效果,但流动阻力损耗较大。采用梯形布置方式可提高传热系数,均衡电池两端散热效果,使电池组整体温度基本保持在比较稳定的水平[4]。李康靖等[5]研究了电池的排列、间距和进气口风速对电池温度场分布的影响。在保证其他参数相同的情况下,调整到电池间距为4 mm、风速为4 m/s时,电池的顺排获得最佳的散热效果。
Fig. 2 Passive air cooling mode: (a) passive heating and cooling (external air circulation); (b) passive heating and cooling (internal air circulation); (c) active cooling/heating by external or passenger cabin air图2 被动风冷方式：（a）被动加热与散热（外部空气流通）;（b）被动加热与散热（内部空气流通）;（c）外界或乘客舱空气主动式冷却/加热 |
（1）风冷的优点：①需要的组件较少,结构简单,因此不需要更大的空间;②安装维护成本低。
（2）风冷的缺点：①空气的比容量和传热系数低于许多其他介质,因此其效率低于其他冷却系统;②风冷需要比液冷高2 ~ 3倍的能耗;③外部灰尘和污染物也会随着电池组中的空气流动,这可能会降低风冷散热性能。
（3）面临的挑战：空气热容低、导热系数小等特性,仅适用于低密度电池。大型电池组需要较大的流道,这使得系统体积庞大。主动式空气冷却系统使用风扇来增加传热能力,会增加成本并产生大量噪音,影响乘车舒适度。为了提高空气冷却性能,可以采取相关措施,例如增加风量、流速、通道尺寸,并在不影响空间利用率的情况下优化单元位置。XU等[10]研究了车辆在不同运行工况条件下,对比双U型和双I型两种管道,得出双U型管道散热性能较好。还可将多孔金属泡沫部分或全部添加到气流通道中,或与散热器集成,以改善电池散热性能。
风冷散热效率低,一般用在电机功率比较低的车型上。如早期的日产聆风（Nissan Leaf）、起亚Soul EV等,当前的五菱宏光Mini等微型电动汽车。优先采用风冷散热有助于降低整车成本,而当电池模组较多,无法达到所需的散热效果时,需要考虑其他热管理方法。
2.2 液冷技术
风冷不能达到散热要求时,引入液冷散热。在液冷过程中传热流体从电池中吸收热量,通过不断循环及时将热量传递到外部空气,降低电池组温度,比风冷散热效率更高,冷却速度更快。
液冷系统有主动和被动方式。在主动式液冷中,热流体与外界的热交换主要是由发动机冷媒或空调系统的组合来完成,受环境温度的影响较小;但其结构复杂,增加了制造和维护成本,耗能组件也造成电池能量的二次损耗。被动式液冷中,液体介质流经电池吸收热量,热流体被泵送至热交换器,将热量散发到外部环境中,进而使电池温度降低。介质（冷却液）可以重复利用,其结构简单,成本低。由于被动式液冷主要依靠外部环境空气进行热交换,当外部环境温度较高时,无法实现有效的散热。被动液冷系统的散热效果逊于主动式液冷,主动和被动液体冷却原理如图3所示。
根据液体介质与电池的接触方式可分为直接接触和间接接触液冷。当电池与液体介质直接接触时,介质可以是水、乙醇以及制冷剂等,应保障绝缘以避免短路;介质通常是具有高导热系数的电绝缘液体（油）,以解决模块温度均衡问题;这类介质黏度高、流速低,消耗了更多能量,冷却效率降低。因此可以通过介质的导热系数、流速、黏度、密度等参数的变化进行改善,提高热交换率。在间接液体冷却系统中,液体在与电池接触的管路或集成通道中流动,带走电池产生的热量达到散热的目的。该系统中通常使用低黏度流体（水、乙二醇等）来传递热量,因此需要较少的功耗,不受流速限制,但其均温性较差。虽然直接液冷比间接液冷效率更高,但间接液体冷却系统由于实用性、稳定性和可靠性而普遍用于电动汽车。罗卜尔思[11]利用直接液冷将液体介质与电池底部直接接触,并用三进一出的流道,取得了理想的散热效果。
冷却板和流道数量、大小以及制冷剂流量对液冷系统也有很大影响。闵小滕等[12]设计一种基于微通道波形扁管的液冷流道,通过改变波形扁管的接触角度,提高散热效率,改善温度分布均匀性,达到对动力电池的散热。曹明伟[13]提出了一种双冷板布局方案,即在不同的冷板上分别设计两个不同流向的冷却流道,从而最大限度地解决了电池组温度分布不均匀的问题。YATES等[14]在一定温度和放电条件下比较大、小冷却流道的热管理性能,发现采用小冷却流道的散热性更好,最高温度更低,但温度一致性差,成本高。ZHAO等[15]对比了通道数、质量流量、流向和入口大小对管道散热性能的影响。当小通道数不少于4个（大于8个时优势更明显）,在通过42 110节圆柱形电池、入口流量为1 103 kg/s时（流量不宜过大）,最高温度可控制在40℃以下。单方面优化冷却通道不能达到理想的散热需求,因此,想要获得更高的冷却效率,需要选用换热系数高的液体。丙烷化学性质稳定,常被用作首选冷却剂。Al-ZAREER等[16]将丙烷作为冷却介质研究电池间距对散热效果的影响。电池间距过大或过小都对热管理不利,电池间距较小时电池的最高温度和一致性增大,间距较大时虽降低了电池的最高温度,但电池之间的温差过大。王方娴[17]借鉴超声波粉碎法制备了纳米相变乳液,实验表明,这种液体在流道中流动速度缓慢,带走电池更多热量,能均衡控制电池温度,但花费成本较高。WANG等[18]研究了液体介质流速、冷却模式对电池冷却的影响,指出提高流速能使最高温度维持在较低的水平和较好的温度均匀性。
（1）液体冷却的优点：①液体具有比热高、传热速率快等特性,可以吸收更多的热量;②相较于风冷系统,可延长电池寿命超过20%。
（2）液体冷却的缺点：①系统设计复杂;②安装成本高于风冷系统;③需要的组件比风冷更多,从而增加重量并占用更多空间。
（3）面临的挑战：如何优化结构空间,做好流道密封性,避免泄漏。对于主动冷却,如何减少能量消耗。为了保障安全,结构设计更复杂、严苛,这也增加了整车重量。可设计高强度、轻量化材料,方便维护和保养,降低成本。
动力电池的液冷技术已经非常成熟,已被广泛应用在电动汽车的电池热管理系统中。比如特斯拉电池包采用水和乙二醇的混合物的液冷方式。国内外电动汽车液冷散热系统的研究主要集中在冷却介质、流道结构的优化、动力电池的布局、电池组件周围设置夹套和冷板。
2.3 PCM冷却技术
PCM在物质状态发生变化时能够吸收或放出大量潜热,并确保温度在一段时间内保持恒定。PCM冷却技术是利用这种特性,电池与PCM直接接触,由电池向PCM传递热量,在物质状态发生变化过程中储存和释放热量,实现对动力电池的低温加热、高温散热的效果。PCM包括有机、无机和复合PCM三种。有机PCM价格低廉、稳定性好、毒性低、无腐蚀性、无过冷和相分离等特性,然而具有导热性差和易燃的缺点。为了解决上述问题,研究人员尝试在有机PCM中添加高导热材料和阻燃材料,这是电池热管理领域的热点问题。由于相变温度的限制,可用的无机PCM大多为水合盐,其热物理性质不稳定。无机PCM是完全不可燃的,成本比有机PCM低得多。无机PCM因相分离、脱水或过冷导致的导热性和稳定性差问题,阻碍其广泛应用。为改善有机PCM和无机PCM的这些缺点,综合了以上两者的优势研制出了复合PCM,具有更好的热传导性和相变潜热。WANG等[19]在PCM中加入泡沫铜得到复合PCM,其控温效果优于空冷。
目前PCM有固-固PCM、固-液PCM、固-气PCM和液相PCM四种形态,行业研究的重点主要是固-固PCM和固-液PCM。XIAO等[20]提出固-固PCM,KHATEEB等[21]将PCM第一次应用于锂离子电池冷却系统中,不仅保证了电池温度的均匀性,而且还实现了模块的轻量化。凌子夜[22]将具有多孔结构的膨胀石墨和有机PCM复合,有机PCM导热系数提高了20 ~ 60倍。单一使用PCM散热能力有限,很难满足车辆在不同工况下的散热需求。因此,ZHAO等[23]通过将泡沫铜添加到PCM材料中,还与液冷配合使用,冷却效率得到了很大提高。另外,还可以将强制风冷与PCM冷却结合起来使用,调整电池之间的排列间隙,进一步提高散热性能。
PCM冷却方式有如下优点：系统所需组件少,质量很轻,占用的空间小;其不消耗任何电力,具有环保、效率高、绿色等特性。缺点包括：PCM的导热系数较低;如果材料完全改变,其相温度调节失效,难以持续运行等。
面临的挑战：PCM在冷却过程中其低导热率和相变过程中的体积膨胀;若PCM的熔点温度与电池的工作温度不匹配,则无法冷却。为了提高PCM的导热性,可以在PCM套管中嵌入金属结构、石墨物质、纳米颗粒等。
与传统热管理方法相比,PCM不需要消耗能量,成本低,温度均匀性好,常与其他方法结合使用。
2.4 热管冷却技术
热管（heat pipe, HP）技术是近几年迅速发展起来的一项新技术,主要是利用物质的相变特性消除PCM热管理技术的缺点而提出的一种称为热管的替代系统,是基于PCM的升级版。传统的热管主要由管壳、吸液芯和端盖三个构件组成。根据传热条件,热管通常可分为热端、绝热部分、冷端三个部分。热管与电池的结合如图4,热管是将封闭的金属壳体抽成负压后充以适量的冷媒,当热管的一端吸收电池产生的热量,冷媒蒸发汽化,气态冷媒在压力梯度作用下流向另一端放出热量,重新凝结成液体,液体在毛细力作用下流回蒸发器,以上不断循环,实现散热的效果。
随着热管冷却的应用,该领域的研究也取得了很大的进步。WU等[25]先后研究了热管在镍氢电池和锂电池中的散热效果,在热管冷凝端安装铝翅片和风扇增强散热。TRAN等[26]对比了平板热管和传统散热器,发现平板热管的散热性能更好。赵明旭等[27]将蒸发端与相变介质相接触,虽然结构复杂,但提高了整体散热性能。HUANG等[28]将平板热管和PCM相耦合,冷凝端与液冷系统结合,冷却效果大幅度提升。田晟等[29]设计了一种用于锂离子电池的热管-铝板散热模块,增加了热管与电池的接触面积,增大了热交换速度,使温度均匀性得到了增强。DAN等[30]提出基于微热管阵列（micro heat pipe array, MHPA）的电池热管理系统,无论充电速率突然升高或降低,该系统都具有很好的冷却效率,能显著提高模组的均温性。
（1）热管冷却技术的优点：①热导率是一般金属的50倍;②可在不消耗任何电能的情况下降低最大温升;③没有运动部件,因此没有噪音;④高度可靠;⑤具有出色的长周期寿命。
（2）热管冷却技术的缺点：①具有容量低、效率低、接触面积小的特点;②无法有效地对电池进行加热。
（3）面临的挑战：热管与电池接触面积小,介质泄漏风险高;由于其紧凑的设计和制造的复杂性,价格也相对高昂。需探寻成本低、材质轻的材料。
生产和维护成本高、换热介质用量难控制等是阻碍热管应用的主要原因。在热管的散热系统中,动力电池既能保持正常的工作温度范围,又能保持电池单体之间的温度均匀性,具有可逆的热流方向,这是其他散热系统无法达到的效果。热管冷却方式也很容易与以上技术耦合,提高散热性能,具有广阔的发展前景。
2.5 直冷技术
直冷系统也是目前一种比较先进的热管理系统,其吸收了液冷系统和PCM的优点,通过采用液体和PCM实现两级冷却[31]。液体冷却剂在与电池组相连的冷却板内流动,通过传导和对流与电池组和冷却板进行热交换,利用蒸发相变过程将冷却剂直接冷却电池系统。其在空调系统上的适应性,可将电池系统和客舱的冷却耦合在一个系统内,提高了冷却效率;与液冷系统利用冷却液显热相比,直冷系统利用冷却剂的汽化潜热来满足电池热需求,系统冷却效率提升近5倍;此外,所需组件较少,设备的节省有助于轻量化,降低了电动汽车的成本。直冷板作为直冷系统中电池模组的蒸发器,其性能直接影响电池与制冷剂的换热效果,目前运用最多的是“G”形冷板和蜂窝形单面吹胀铝板。
当电池能量密度、快充速率要求越来越高之后,电池直冷方案具有体积小、重量轻、制冷速度快、性能好的优势,被认为是下一代电池热管理系统的潜在替代方案之一。考虑到未来的创新应用,可以基于数字孪生模型的方法,为未来直接冷却系统设计提供指导,该方法基于数字技术和云控制平台能更好地实现热管理的潜力。
2.6 低温环境下电池加热技术
在低温环境下（如 -20℃或更低）,电池的容量、功率和放电效率会明显下降,使用寿命缩短,使充放电困难,严重时可能导致热失控。因此需要在寒冷地区对电池进行加热或保温的方式维持电池温度不致过低,确保汽车的正常行驶。目前加热系统分为内部加热和外部加热,内部加热包括自加热、高低频交流加热和脉冲电流加热;外部加热有PCM加热、空气加热、液体循环加热等。
内部加热的方式对电池加热主要是利用电池内部的电阻以及内部化学反应产生的热量,这种方法效率高,能量效率低,容易造成电池性能衰减,一致性差。外部加热是通过附加加热元件产生热量来加热电池,这种方法加热简单,安全性高,但效率较低。在内部加热方面,为解决动力电池低温预热问题,LEI等[32]通过提出间歇自加热锂离子电池加热方法,提高了锂离子电池在加热过程中的温度均匀性。SHANG等[33]研究了一种基于升降压变换的高频交流加热器,并开发了一种基于欧姆电阻加热和锂离子传输的高频热控加热器的电气模型,显著提高了加热效率。因交流加热的空间、成本问题,导致其并没有普遍应用于电动汽车中。HUANG等[34]研究了基于模糊逻辑控制的脉冲加热方式的控制效果。根据脉冲频率和幅度对电池温度变化的影响,设计了一种模糊逻辑控制策略,该方法缩短了加热时间,减少了能量损耗。在外部加热方面,空气加热利用热敏电阻加热空气,再用风扇吹入电池模组,加热电池单体。液体加热是绕过电池周围的加热液体通过流道加热电池组。颜艺等[35]对顶部平行“U”形流道、底部平行“U”形流道、高低交错“U”形热管理系统性能进行了对比,得出高低交错“U”形结构综合性能最好。PCM在相变过程会吸收大量热量,改变自身状态,对电池进行保温。DUAN等[36]利用PCM在相变过程温度变化不明显的特性,有效控制电池在低温环境下的衰退。在低温下电池内的电解液会变得更加黏稠,从而导致电荷载体无法自由移动,以致电池内部的电阻增大,电流通过时产生的欧姆热加热电池。目前外部加热技术使用最多。帕尔帖（Peltier）效应是不同导体组成的回路通有电流时,不仅产生不可逆的焦耳热,还在不同导体的接头处,因电流方向不同会分别出现吸热、放热现象。利用帕尔帖效应这一特性给不同导体通电,形成高低温区加热电池。TROXLER等[37]利用帕尔帖元件实现了对电芯温度梯度的控制。目前最常见的是正温度系数（positive temperature coefficient, PTC）加热方案,首先利用PTC加热水路向电池进行热量传递,电池模组温度从外到内上升,但其升温速度比较慢,热交换效率低。各个车企为应对低温环境,有不同的措施。特斯拉公司在车型上搭配了热泵空调,通过吸收空气中的热量来维持冬季的车内温度,达到省电的目的。北汽新能源公司利用低温下电芯内阻增大的特性,通过高频大电流脉冲充放电和全气候电池给电芯间镍片通电生热的方式,实现快速加热。比亚迪公司则是通过提升刀片电池的整体容量,同时采用智能电池温控系统进行低温加热、高温冷却、智能温度均衡和余热利用等,让电池处于合适的工作范围内;比亚迪海豚车型应用冷媒直冷技术,实现 -30℃的续航达成率在同品类车中最高。
电池温度越低,电池容量越小,放电就越少。这不仅会影响车辆的续驶里程,还会影响到车辆的动力性能和能量回收,从而限制电动汽车在寒冷地区的推广。电池的加热技术有很大的发展前景,可以从许多方面来发掘：电池外形方面,将电池设计成六角形,电池之间排列形成六角密堆积,有利于空间的优化和电池之间的保温;电芯和电解液材料方面,采用石墨烯和超导材料提高电池在低温环境下的导电性能;电池模块结构方面,可以考虑自然界的一些形状,如借助树叶脉络设计流道,蚂蚁洞穴等仿生结构,对电池进行加热和保温。
3 总结
详细介绍了现有动力电池冷却技术的性能、研究现状和优缺点,对目前的电池加热技术进行了简单介绍。对未来动力电池热管理发展总结如下。
未来将会有更多快充车辆,快充会产生更多的热量,兼顾电池放电特性、散热效果以及系统能耗和轻量化等指标,提出热管理系统高效散热方案,是将来在电池强化散热方面的研究重点。为了使电池的工作温度保持在最优的温度范围内,必须提高电池热管理系统的散热性能。单一的冷却系统已无法满足需要,因此可以将风冷、液冷、相变冷却、热管冷却、直冷相互结合,进行综合冷却。通过优化每种冷却方式,提高散热性能。对风冷进行变宽度风道结构研究;对液冷考虑液体的往复和双向流动,对流道进行坡度倾角设计,利用惯性减少能量耗散,改变液体特性提高导热系数,优化液体流道结构、控制流速和流量等;对相变冷却通过控制PCM的熔化温度、PCM的导热系数、PCM的质量、单元间距、PCM的厚度等参数进行优化,在PCM中添加特定物质,开发性能优良的复合PCM,以获得更好的冷却性能。将热管与空气、水或制冷剂冷却耦合,具有良好的传热效率。电池是电动汽车的心脏,目前从电池本身出发,提升其适应外部环境温度能力也是研究热点。
车企在热管理方面的应用,特斯拉公司综合冷却系统包括冷却循环和加热循环,同时还可利用多传感器融合技术,可以更精确地监测电池温度,通过大量的数据进行机器学习,研发出能进行能量分配和自适应调节温度的热管理系统。华为公司通过一体化设计开发的智能化、集成化热管理系统,实现整体能耗最优。
因此,为了提高动力电池的冷却和加热效率,在确保安全性和提高续驶里程的前提条件下,优化其使用性能,加强智能化、集成化和适应多种工况的研究,如智能监测温度云控平台,设置高低温触发阈值;可与超级电容组合成混合动力,提升电动汽车的动力性与续航。进行多目标设计优化,获得更高性价比的结构;根据智能算法,实施能够实时优化的热管理控制策略;基于模型优化快充协议,减少充电时热量产生;也可以与其他学科交叉,比如仿生学、材料学、计算机科学等,利用这些学科的特点和优势开发出能进行自我调节的安全、高效、集成化的电池温度生态体系。