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2025-02-28 07:07

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2025-02-27 07:06

动力电池热管理技术研究进展

来源：世展网分类：粉体工业行业资讯 2024-05-12 10:07 阅读：6894

2025年中国（上海）国际粉体、散料、流体加工展览会IPB

2025-07-21-07-23

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前言

随着新能源汽车的迅速发展，中国新能源汽车市场连创历史新高，根据中国汽车工业协会数据显示，2023年中国新能源汽车产销量同比分别增长35.8%和37.9%，市场占有率达到31.6%，中国新能源汽车销量在全球新能源汽车总销量中占比近65%，已经连续9年蝉联全球新能源汽车产销量第一。

动力电池作为新能源汽车的核心部件，性能和安全性会直接影响汽车的续航里程和可靠性。与普通电池不同，新能源汽车的动力电池需承受频繁充放电过程中大电流的冲击，因此其热管理问题已成为研究热点^[1]。

动力电池热管理技术

电池热管理是依据电池性能在不同温度下变化的分析，结合电池自身内部的电化学反应与生热机理，涉及到传热、材料、电化学不同门类的交叉，通过设计合理的系统使电池在高温及低温时热失控得到控制，从而使电池整体性能获得提高的一种新技术^[²^]。新能源汽车自诞生以来，相关行业的专家学者对其电池散热问题进行了大量的研究，已经有大量的成果。电池热管理的主流冷却方式已从风冷转变为液冷散热、相变材料冷却散热和热管冷却散热，下面分别对空气冷却、液冷、相变材料冷却和热管冷却等冷却技术简单介绍^[³^]。

空气冷却^[^4-5^]

空气冷却分为被动空气冷却和主动空气冷却的方式，被动空气冷却（如图a所示）主要靠自然风以及电动汽车在行驶过程中的流速作用，是一种经济实惠、操作方便的方式；而主动空气冷却（如图b所示）的方式因为加了主动风源，能够灵活的应对更多的使用场景，其散热效果比被动风冷会更好。

图a.被动空气冷却 b.主动空气冷却

空气冷却的效果在一定程度上受环境的影响，当环境温度较高时，空气冷却的方法在短期内不足以将锂电池的温度控制在最佳的范围内。同时采用空气冷却的方法，电池组内存在的温差会比较大，一定程度上会影响锂电池的性能及使用寿命。

液冷散热^[^4,6^]

液冷散热就是利用液体介质高导热性，通过液体与电池直接或间接的接触来达到散热目的的散热方式。直接接触式液冷就是冷却液直接与电池接触，这就要求冷却液是绝缘的且具有高的热导率。冷却液体直接与电池相接时，电池组内部温度差异很小，但绝缘的冷却液受其粘度影响在电池组内的流动缓慢，热交换效率受到限制。间接接触式液冷就是冷却液通过冷管（板）与电池接触，由于在密封的管道内流动，冷却液不受绝缘限制，但密封性要求较高。间接接触式冷却可以根据需要改变接触管（板）的形状尺寸提高散热效果，电池内部最高温度及电池的温度均匀性都能很好的控制。液冷散热结构相比风冷要复杂，其换热系数高、冷却速度快，但生产成本和密封性要求高，不利于轻量化设计。比亚迪、吉利帝豪和特斯拉等电动车都采用了液冷散热方式对电池进行热管理。宁德时代发布的CTP3.0麒麟电池，将水冷板置于电芯大面之间，大大提升了电芯换热效率。

相变材料冷却^[⁷^]

相变冷却是一种不需要消耗能量的典型的被动式冷却方式，其原理是利用相变材料（Phase Change Material，PCM）在发生相变时吸收大量相变散热而能维持自身的温度不变或者在一定范围内的特点，对电池进行冷却。其最大的优点是能有效抑制电池包的最大温升以及热失控，同时作为一种被动式冷却技术，不需要额外的冷却部件、节能环保且能有效简化热管理系统。如今的电动汽车对续航里程有很高的要求，相变冷却作为一种不需要消耗能源的冷却手段，在电池热管理上有广阔的应用前景。但是由于其无法主动调节电池包的温度，而且需要与其他冷却方式复合才能有效散热，因此单一的相变冷却无法满足电池包的散热要求，与其他冷却冷却方式复合形成高效的冷却系统是相变冷却在未来研究的重点。

热管冷却

热管也是一种利用相变进行散热的一种高效的散热装置^[⁸^]。热管内部封装有处于饱和状态的冷却介质（如水、丙酮和乙醇等），当外部环境温度高于吸热端液态工质的饱和温度时，吸热端的液态工质吸收热量后发生相变变成蒸汽，蒸汽在压力的作用下从吸热端移动到散热端，并在散热端释放热量，重新变成液态，最后通过毛细作用或者在重力的作用下重新流回吸热端^[⁷^]。热管具有优良的导热性能，但热管冷却系统的生产成本和维护成本较高，换热介质量难以控制，热管因其结构对布置的位置也有特定的要求，布置不好会致使热管与电池表面接触不充分，温度均匀性差，成为制约其发展的关键技术问题^[⁴^]。

动力电池热管理技术现状分析^[⁹^]

（1）空气冷却作为一种传统的电池热管理技术，已难以满足高功率锂离子电池组的热管理需求。可以预测，将来在大型储能电站和动力锂离子电池领域，空气冷却会被冷却效果和均温性更好的液冷技术取代。（2）液冷技术可分为直接液冷和间接液冷，其中，冷却板液冷技术发展较为成熟，在一些储能电站和电动汽车中都实现了应用。浸没式液冷目前正处于初步商业化阶段，能表现出更好的冷却和均温效果。但是，液冷技术的维护比较困难，需要对液冷系统的设计和冷却液进一步优化。在应用场景方面，浸没式液冷技术将会更多地出现在大型储能电站和高端电动汽车中，而对于大部分电动汽车和小型储能电站来说，更适合采用冷却板液冷技术。（3）相变材料在相变过程中具有较高的吸热和蓄热能力，无移动部件，结构更灵活，非常适合用于电子设备的热管理。但是，由于纯相变材料导热性较差，往往需要加入价格较贵的导热增强材料，限制了其在大型电池热管理中的应用。（4）热管冷却技术作为一种新型冷却技术，冷却响应快、无冷却液泄漏问题，已经在手机等设备中实现了商业化应用，但由于其冷却效率低，在实际应用中需要结合其他冷却技术。为扩大其应用范围，下一步还需要在提高冷却效率、降低成本等方面继续优化。

表1. 不同热管理技术的优缺对比

单一的冷却方式已经不足以满足动力电池热管理技术的需求，但是不同的冷却方式具备其独特的优势，将两种或两种以上的冷却方式相结合形成新的复合式冷却技术，能够使动力电池热管理系统更加合理。所以，未来复合式冷却技术是锂离子电池热管理技术应用的主要发展趋向。

动力电池热管理技术发展方向^[¹⁰^]

液冷与气冷系统融合

新能源汽车动力电池热管理技术一直在不断发展，未来的趋势之一是将液冷和气冷系统融合，以充分发挥各自的优势，这种综合应用有望进一步提高电池系统的性能和可靠性。

智能热管理系统

智能热管理系统是新能源汽车动力电池热管理技术的潜在创新领域，为提高和延长电池系统性能、安全性和续航里程提供了新的机会。智能热管理系统的未来发展方向包括高度智能化、预测性维护、自适应控制和远程升级，这些创新将提高和延长电池系统的性能、可靠性和使用寿命，为新能源汽车的广泛推广和可持续发展做出贡献。

固态电池热管理

固态电池作为新能源汽车发展最重要的技术路线之一，固态电池热管理技术也将会在未来获得持续发展，以应对电池高能量密度和热管理方面的挑战。而且高效的散热设计、温度均衡控制、电池包设计和智能控制系统将成为固态电池热管理的重要发展方向，以提高新能源汽车的性能和可靠性。

总结

现今动力电池热管理技术及其市场仍处于蓬勃发展阶段，兼具低成本、高换热效率和长寿命的热管理技术未来必将在市场中占据主导地位。然而，现阶段仍没有十分完美的冷却方案，结合多种冷却方式的优点，才能更好地解决电池热管理的难题，复合式冷却技术可以取长补短，未来会成为动力电池热管理技术研究的主要方向。

参考文献[1]何倩,孙仁云,邓美俊,等.电动汽车动力电池热管理技术分析[J].汽车零部件,2021(5):1-7.[2]胡锐鸿.电动汽车用锂离子电池热特性及散热装置的数值模拟[D].华南理工大学, 2014.[3]吴圣红,余理,赵陈磊.新能源汽车电池热管理技术探讨[J].南方农机, 2024, 55 (04): 155-158.[4]杨小平,何伟标,邓国兰.纯电动汽车电池热管理技术研究进展[J].东莞理工学院学报, 2024, 31 (01): 86-93.[5]ZHAO G, WANG X, NEGNEVITSKY M, et al. A review of air-cooling baltery thermal management systems for eleclric and hybrid electrie of Power Sources, 2021.501 :230001.[6]薛超坦.基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理研究[D].吉林大学, 2017.[7]林裕旺.复合相变材料在动力电池热管理中的应用研究[D].华南理工大学, 2021.[8]丹聃,姚程宁,张扬军,钱煜平,诸葛伟林.基于热管技术的动力电池热管理系统研究现状及展望[J].科学通报,2019,64(07):682-693.[9]李嘉鑫,李鹏钊,王苗,陈纯,闫良玉,高月,杨生宸,陈满满,赵财,毛景.锂离子电池热管理技术研究进展[J].过程工程学报, 2023, 23 (08): 1102-1117.[10]李哲阳,刘婷玉.新能源汽车动力电池热管理技术探究[J].汽车测试报告, 2023, (16): 38-40.

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