动力电池热管理系统技术系列（一）

marjrh

热管理系统的主要功能包括对电池进行高温冷却、低温加热和保温等。电池性能受温度影响较大，其最佳工作温度区间为10℃~40℃。当电池工作在过高或过低的温度下时，会对其使用寿命产生不可逆的损伤，严重时甚至会造成安全风险。为了满足在各种极端高温/低温环境下电池的使用要求，且随着超快充技术不断发展带来的电池产热量急剧增加，对电池热管理系统性能提出了越来越严苛的要求。对于电池的高温冷却，通常有5种方式，分别是：自然冷却、风冷、间接液冷、直冷和浸没式冷却。除浸没式冷却外，其余四种方式在量产车型上均有应用。自然冷却/风冷主要被应用于低端车型及部分PHEV，液冷则为主流的BEV冷却方式。直冷技术虽仅在比亚迪部分车型及宝马iX3等车型上有所应用，但笔者认为其可能会在接下来的一段时间内逐渐成为主流。此外，热管技术、相变材料的发展也为冷却技术提供了多种可能。


图1 电池系统不同冷却方式性能对比

电池的低温加热技术分为两大类：外部加热和内部加热。具体的分类如下图2所示。



图2 电池系统低温加热的分类内部加热方式是通过电池内部的化学反应等直接对电池内部进行加热，该方法加热效率高，能耗低。外部加热方式则是通过外部加热组件产生热量，从而对电池进行加热，主要加热方式有气体加热、液体加热和电阻加热等。外部加热的系统简单，但效率相对较低。内部加热不受电池箱尺寸和空间以及安装方式限制，热量从内部产生，加热均匀，但须配套高低频加载控制电路装置或者外控电路。目前由于技术和成本的原因，外部加热仍为电池系统加热的主流方式，内部加热基本均处于实验室阶段。
对于电池系统的保温设计，目前实现方式比较单一，主要依靠保温材料的贴附，并根据销售区域温度的不同保温设计略有差异。环境温度低，使用良好的保温材料；环境温度高，减少保温材料的使用甚至不使用保温材料；而在全国范围内销售的区域，建议进行保温设计但是不能过设计。