1.空冷式散熱系統(tǒng)

空冷式散熱系統(tǒng)也叫風(fēng)冷式散熱系統(tǒng)?？绽涫降纳岱绞阶顬楹?jiǎn)單，只需要讓空氣流經(jīng)電池表面帶走動(dòng)力電池所產(chǎn)生的熱量，達(dá)到對(duì)動(dòng)力電池組散熱的目的。根據(jù)通風(fēng)措施的不同，空冷式又有自然對(duì)流散熱和強(qiáng)制通風(fēng)散熱兩種方式。自然對(duì)流散熱不依靠外部附加的強(qiáng)制通風(fēng)措施（如加風(fēng)機(jī)等），只是通過電池包內(nèi)部流體自身因溫度變化而產(chǎn)生的氣流進(jìn)行冷卻散熱的系統(tǒng)。強(qiáng)制對(duì)流冷卻散熱系統(tǒng)是在自然對(duì)流散熱系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上了相應(yīng)的強(qiáng)制通風(fēng)技術(shù)的散熱系統(tǒng)。當(dāng)前動(dòng)力電池空冷式散熱主要有串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種系統(tǒng)。但該種方式效果較差，且很難達(dá)到較高的電池均溫性。

串聯(lián)風(fēng)冷散熱/并聯(lián)風(fēng)冷散熱

2.液冷式散熱系統(tǒng)

動(dòng)力電池的液冷式散熱系統(tǒng)是指制冷劑直接或間接地接觸動(dòng)力電池，然后通過液態(tài)流體的循環(huán)流動(dòng)把電池包內(nèi)產(chǎn)生的熱量帶走達(dá)到散熱效果的一種散熱系統(tǒng)。其制冷劑可以是水、水和乙二醇的混合物、礦物質(zhì)油和R134a等，這些制冷劑擁有較高的導(dǎo)熱率，可以達(dá)到較好的散熱效果。當(dāng)前動(dòng)力電池的液冷技術(shù)也擁有了相當(dāng)成熟的技術(shù)，在電動(dòng)汽車的散熱系統(tǒng)中也有了相對(duì)廣泛的應(yīng)用，比如特斯拉電池包就是采用水和乙二醇的混合物的液冷方式散熱，寶馬i3采用R134a進(jìn)行散熱。液冷式系統(tǒng)往往要求更復(fù)雜的更加嚴(yán)苛的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以防止液態(tài)制冷劑的泄漏以及保證電池包內(nèi)電池單體之間的均勻性，而液冷系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)也使得整套散熱系統(tǒng)變得十分笨重，不僅增加整車的重量，使得整車的負(fù)擔(dān)大大增加，而且同時(shí)由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及高密封性使得液冷系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)相對(duì)困難，維護(hù)成本也相應(yīng)增加。

液冷系統(tǒng)圖

動(dòng)力電池包液冷結(jié)構(gòu)散熱方式

特斯拉電池包液冷散熱圖

3.相變材料式散熱系統(tǒng)

相變材料式散熱系統(tǒng)是以相變材料作為傳熱介質(zhì)，利用相變材料在發(fā)生相變時(shí)可以儲(chǔ)能與放能的特性達(dá)到對(duì)動(dòng)力電池低溫加熱與高溫散熱的效果。但相變材料的熱導(dǎo)率比較低，為了改變材料的固有缺陷，人們向相變材料中填充一些金屬材料，例如有些研究中將很薄的鋁板填充到相變材料中從而達(dá)到提高熱導(dǎo)率的目的。為了提高相變材料的熱導(dǎo)率，還有人提出了向相變材料中填充碳纖維、碳納米管等。

相變材料包裹電池式結(jié)構(gòu)

4.熱管式散熱系統(tǒng)

熱管作為一種高效的導(dǎo)熱原件，能夠快速高效地把熱能從一個(gè)地方輸送到另一個(gè)地方，也就是能夠把熱量快速有效地在兩個(gè)物體間進(jìn)行傳輸。在電動(dòng)汽車的熱管理系統(tǒng)中，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者也把熱管這一導(dǎo)熱原件應(yīng)用到動(dòng)力電池的散熱中。與傳統(tǒng)的強(qiáng)制對(duì)流散熱系統(tǒng)相比，在引入熱管的散熱系統(tǒng)中，動(dòng)力電池不僅能維持在正常工作的溫度范圍內(nèi)，而且各電池單體之間也能夠保持溫度的均勻性，這是強(qiáng)制冷卻散熱系統(tǒng)所不能達(dá)到的效果。但其質(zhì)量和體積過大，存在換熱極限。

熱管冷卻

5.電動(dòng)車電池加熱系統(tǒng)

以上介紹了四種給電池散熱的方法，下面再介紹一下為了使電池適應(yīng)低溫環(huán)境的加熱方式，加熱系統(tǒng)主要由加熱元件和電路組成，其中加熱元件是最重要的部分。常見的加熱元件有可變電阻加熱元件和恒定電阻加熱元件，前者通常稱為PTC（positivetemperaturecoefficient），后者則是通常由金屬加熱絲組成的加熱膜，譬如硅膠加熱膜、撓性電加熱膜等。

電動(dòng)汽車專用PTC

動(dòng)力電池硅膠加熱膜

PTC由于使用安全、熱轉(zhuǎn)換效率高、升溫迅速、無明火、自動(dòng)恒溫等特點(diǎn)而被廣泛使用。其成本較低，對(duì)于目前價(jià)格較高的動(dòng)力電池來說，是一個(gè)有利的因素。但是PTC的加熱件體積較大，會(huì)占據(jù)電池系統(tǒng)內(nèi)部較大的空間。絕緣撓性電加熱膜是另一種加熱器，它可以根據(jù)工件的任意形狀彎曲，確保與工件緊密接觸，保證最大的熱能傳遞。硅膠加熱膜是具有柔軟性的薄形面發(fā)熱體，但其需與被加熱物體完全密切接觸，其安全性要比PTC差些。

中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所胡學(xué)功研究員領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)利用微槽群復(fù)合相變技術(shù)成功研制了超過120Wh/kg高能量密度的電動(dòng)汽車電池包熱管理系統(tǒng)(BTMS)樣機(jī)，微槽群復(fù)合相變技術(shù)是利用微細(xì)尺度槽群結(jié)構(gòu)復(fù)合相變強(qiáng)化傳熱機(jī)理實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度傳熱，是目前國(guó)際上一種先進(jìn)的被動(dòng)式微細(xì)尺度相變強(qiáng)化傳熱技術(shù)。該成果解決了電動(dòng)汽車行業(yè)存在的高能量密度電池成組單體之間難以保持均溫性的技術(shù)難題，其技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于特斯拉（電池單體間的溫差≤±2℃），且成本優(yōu)勢(shì)巨大，處于電動(dòng)汽車行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。

電動(dòng)汽車電池包微槽群熱管理系統(tǒng)

三、電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)熱管理技術(shù)發(fā)展方向

從國(guó)家對(duì)電動(dòng)汽車扶持方向來看，電動(dòng)汽車電池包熱管理系統(tǒng)必然朝著輕量化，高比能和高均溫性方面發(fā)展。科技部“十三五”規(guī)劃中也提出開展基于整車一體化的電池系統(tǒng)的機(jī)-電-熱設(shè)計(jì)，開發(fā)先進(jìn)可靠的電池管理系統(tǒng)和緊湊、高效的熱管理系統(tǒng)，到2020年，應(yīng)使單體電池之間的最大溫差≤2℃，電池系統(tǒng)的比能量≥210Wh/kg。

另一方面，十三五末，我國(guó)電動(dòng)汽車保有量將達(dá)500萬輛，隨之產(chǎn)生大量廢舊動(dòng)力電池，這為動(dòng)力電池的拆解回收帶來大量工作。因此，在設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車電池包熱管理系統(tǒng)時(shí)，就應(yīng)當(dāng)考慮到電池包易拆解，無附加污染，實(shí)現(xiàn)電池包熱管理系統(tǒng)的綠色設(shè)計(jì)。