前言：

动力电池热管理（battery thermal management system，简称： btms）是汽车动力电池系统的重要组成部分，它不仅对电池性能、寿命、安全等有重要影响，而且它是电动汽车整车热管理的重要组成部分，与整车热管理有着密不可分的关系。

随着电动汽车市场推广程度的逐渐深入，对电池系统热管理的要求也越来越高。目前已有不少学者对动力电池热管理系统进行研究。但是一个全面的动力电池热管理系统设计不仅仅把设计焦点集中在电池散热系统上，电池生热理论也是整车热管理系统密不可分的组成部分。今天跨越电子小编就本文对动力电池热管理进行系统介绍，并对电动汽车电池的加热及散热系统进行详细的分析。

（电动汽车电池系统图）

随着电动汽车市场推广程度的逐渐深入，对电池系统热管理的要求也越来越高。目前已有不少学者对动力电池热管理系统进行研究。但是一个全面的动力电池热管理系统设计不仅仅把设计焦点集中在电池散热系统上，电池生热理论也是整车热管理系统密不可分的组成部分。今天跨越电子小编就本文对动力电池热管理进行系统介绍，并对电动汽车电池的加热及散热系统进行详细的分析。

动力电池热管理系统功能分析

动力电池热管理是对电池系统内部热环境进行控制、调节和利用。其目的是为了使动力电池工作在一个最佳的温度环境，充分发挥电池的性能。

具体而言就是要提供一个能量平衡的环境，实现整车能量的综合利用。电池系统温度过高时，对系统进行降温；温度过低时，对系统进行升温。构成一个完善的动力电池热管理系统。

（市场主流电动车电池性能对比）

低温对动力电池性能影响

对于电池，我们关注的焦点常常是容量和能量密度，但大多数电池是电化学的产物，既然与化学相关，那么它的性能就跟温度有着莫大的关系。

温度对电池容量有多大影响呢?从图中某款电动汽车的电池容量变化图（图-1）可以看到，在放电电流为100A的情况下，温度从20℃到0℃，再到-20℃，电池容量分别缩水了1.7%和7.7%。这意味着，电动汽车电池的容量，会随电池运行环境的降低而发生缩减。因此低温对充电时间的影响是不可忽视的。

 （图-1：温度与电池容量关系图）

目前，锂电池作为电动汽车电池包使用最为广泛。锂电池所用的电解液是一种有机液体,会在低温情况下会变得粘稠甚至凝结，这就导致锂电池效率降低。此时，导电的锂盐在里面的活动大大受到限制，这样的话充电效率很低，从而会导致锂电池，在低温下充电慢，充不满。放电亦是如此（图-2）。

             （图-2：锂电池不同温度下的放电曲线）

电池加热系统的基本构成与功能

一般而言，加热系统是为了满足在低温环境下能够使电池能正常使用。加热系统主要由加热元件和电路组成，其中加热元件是最重要的部分。常见的加热元件有可变电阻加热元件和恒定电阻加热元件，前者通常称为PTC（positive temperature coefficient）（图-3），后者则是通常由金属加热丝组成的加热膜（图-4），譬如硅胶加热膜、挠性电加热膜等。

PTC由于使用安全、热转换效率高、升温迅速、无明火、自动恒温等特点而被广泛使用。其成本较低，对于目前价格较高的动力电池来说，是一个有利的因素。但是PTC的加热件体积较大，会占据电池系统内部较大的空间。

（图-3：电动汽车专用PTC）

绝缘挠性电加热膜是另一种加热器，它可以根据工件的任意形状弯曲，确保与工件紧密接触，保证最大的热能传递。硅胶加热膜是传统金属加热器无以伦比的具有柔软性的薄形面发热体。但其需与被加热物体完全密切接触，其安全性要比PTC差些。

         （图-4：动力电池硅胶加热膜）

动力电池散热方式

目前电动汽车电池包散热方式有主动和被动两种，两者之间在效率上有很大的差别。被动系统所要求的成本比较低，采取的措施也较简单。主动系统结构相对复杂一些，且需要更大的附加功率，但它的热管理更加有效。

主动和被动散热方式（图-5）的最大区别在传热介质的不同，两者各有优劣。

（图-5：不同散热方式结构原理图）

采用空气作为传热介质的主要优点有：结构简单，质量轻，有害气体产生时能有效通风，成本较低；不足之处在于：与电池壁面之间换热系数低，冷却速度慢，效率低。传统电动汽车电池组使用较多。

 考虑成本、质量、空间的布置，早期在温和气候条件下使用的车辆都是没有使用冷却单元并且只依靠空气来散热电池。目前生产的一些混合电动汽车也是使用环境空气来被动冷却电池包。尽管空气是经过汽车空调（交流）冷却的，但它仍然被认为是一种被动系统。

目前多采用的空冷主要有并行和串行两种通风方式，（图-6）所示。这就要求在电池包结构上设计相应导风口，尽量减小空气流动阻力，保证气流的均匀性。

（图-6：并行和串行两种通风方式）

串行情况下一般是使空气从电池包一侧流往另外一侧，从而达到带走热量的效果。因此气流会将先流过的地方的热量带到后流过的地方，从而导致两处温度不一致且温差较大。而并行情况下模块间空气都是直立上升气流。这样能够有效地分配气流，从而保证电池包中各处散热一致。

采用液体（主动）（图-7）作为传热介质的主要优点有：与电池壁面之间换热系数高，冷却速度快。不足之处在于：密封性要求高，质量相对较大，维修和保养复杂，需要水套、换热器等部件，结构相对复杂。目前制造商不愿意选择液体冷却是因为密封不好会导致液体泄漏，所以密封设计是极其重要的。 

（图-7：TESLA MODEL S使用的电池液冷系统）

传热介质的选择对液冷热管理系统的性能有很大影响，传热介质要在设计热管理系统前确定。一般选用的传热介质主要有水、乙二醇、硅酮、石蜡等。冷却剂的选取还必须考虑在极低温度下的防冻。否则在极低温度下运行，冷却剂变为固体，体积改变，会损坏整套冷却系统及电动汽车电池组。

在实际的电动大巴应用中，由于电池组容量大、体积大，相对来讲功率密度比较低，因此多采用风冷方案（图-8）。而对于普通乘用车的电池组，其功率密度则要高得多。相应的，它对散热的要求也会更高，所以水冷的方案也更加普遍。

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 （图-8：电动汽车电池使用的风冷散热系统）