新能源（电车）电池热管理系统技术方案简析

发布时间：2025-04-16 17:30

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电池管理系统的作用是保证电池组在安全的工作区间内运行，并在出现异常时及时响应并进行处理，同时根据环境温度、电池状态及车辆需求等决定电池的充放电功率等。Battery Manage System (BMS)的主要功能有电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等，其中热管理系统对电池运行的安全稳定尤为重要。

热管理系统能力不足可能引起严重驾驶的问题，甚至影响行车中或停放中的财产和生命安全危险[1]：

1. 电池的温度水平直接影响其使用中的功率性能。温度较低时，电池的可用容量将迅速发生衰减；在过低温度下对电池进行充电，则可能引发瞬间过充现象，进而引发短路。

2. 电池的热相关问题直接影响电池安全性。设计缺陷或使用中的不当操作等可能造成电池局部过热，进而引起连锁放热，最终造成冒烟起火甚至爆炸等严重热失控事件。

3. 电池的工作或存放温度影响其使用寿命。动力电池的大型化使得其表面积与体积之比相对减小，电池内部热量不易散出，出现内部温度不均、局部温升过高等问题，从而加速电池衰减，缩短电池寿命。

热管理在整个系统中起着至关重要的作用。电池的发热、散热等相关问题是决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本的关键因素。其主要功能包括[2]：

1. 在电池温度较高时进行散热，防止发生热失控事故；

2. 在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充、放电性能和安全性；

3. 减小电池组内的温度差，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电池过快衰减，延缓电池组整体寿命的降低。

根据不同热管理设备的不同原理，热管理可大致分为自然冷却、风冷散热、液冷散热和直冷散热[2]：

自然冷却

自然冷却是采用空气作为传热介质，利用散热装置的高导热性来带走热量并将热量散发到空气中的一种被动散热方式；即在没有特定要求的情况下，通过导热材料与铜铝散热板材、散热铝挤压件、散热机加工或散热合金铸件来实现对电子产品的热量进行管理把控，将热量控制在稳定的工作温度范围内。

风冷散热

风冷散热是在自然冷却散热的基础上通过增加散热风扇，加快内部空气的流动方式来加速散热片冷却需要的一种散热方式。通过增加发热源件的散热表面积和空气流通速度两种方法能快速有效的实现良好的散热效果。大多数情况下，风扇加上散热片可以使冷却效率大大提高。由于其结构简单、质量轻、制造成本低，故在现阶段应用广泛。

液冷散热

液冷散热是在热源处安装的液冷散热器，利用液体的流动性与吸热特性，以液体循环流动方式通过热交换器和换热泵快速有效的带走电子设备热量的一种散热方式。液冷动力电池冷却系统优点是：电池平均能量效率高，电池模块结构紧凑；冷却效果优异；能集成电池加热组件，解决了在环境温度很低的情况下，加热电池的问题。缺点是：系统复杂，增加很多部件，如水泵、阀、低温水箱，成本增加。[3]

制冷散热

制冷散热是通过采用制冷剂(如R134a)作为换热介质的一种散热方式，通过制冷剂气液相变过程中的吸热原理，能更有效快速的将电子内部热量带走。当电池在低温下工作时，相变材料就会将储存的热量释放出来对电池组进行加热[4]。其优点就是将吸热-冷却和放热-加热相结合，具有很强的恒温特性且效率较高，可以做到温度自动控制。缺点是：结构复杂，价格高，制造和维修不便。目前，相变材料冷却主要停留在理论研究上，还未实际应用。