動力電池熱管理方式演變

來源：技術鄰

作者：流蘇kiwi

目前動力電池的熱管理經歷了幾個階段：

1. 自然冷卻階段

最初動力電池是沒有熱管理的，動力電池的冷卻主要是依靠電池箱體與外界的自然風對流散熱。一些電動自行車和小型的EV採用的就是這種方式，自然冷卻的電池包產熱量少，沒有強製冷卻的需求，通常電池包的電量也小，約在十幾kwh，續航約在100km左右。

自然冷卻的電池最大的問題是沒有加熱系統，低溫的使用會導致電池續航衰減和電池的老化。

2. 強制風冷階段

隨著電池能量密度的提升，慢慢的電池的發展重心從磷酸鐵鋰電池轉到了三元鋰電池，電池的產熱越來越多。強制風冷是自然冷卻和液冷的過渡階段，通過在電池包內部增加循環風的管路，在一些產熱量大的位置開設一些通風管口來增加散熱。但是風冷的散熱功率較低，散熱效率較差，對於高續航的大容量電池包不適合。隨著國標對電池包增加了IP67的防水等級要求，強制風冷也會慢慢淡出市場。

3. 液冷階段

液冷，即冷卻液循環冷卻，目前電池包內的液冷常見的有特斯拉的蛇形管液冷系統和奧迪e-tron的底部水冷等，液冷系統內通常包含一個chiller（製冷）一個PTC加熱器，以滿足不同環境溫度和工作狀態下的製冷和加熱需求。有的熱管理系統還會和電機的熱管理迴路耦合起來，通過三通閥將電池包的熱量導至電機散熱器。

以下為新技術擴展，並未廣泛應用，目前市場上應用最多的為水冷板底部水冷。

4.冷媒直冷

冷媒直冷即採用製冷劑來對電池包進行冷卻，不過存在的主要問題是製冷劑溫度降低可能在零下，有可能造成電芯溫度控制上的難度，而且還要單獨布置一套加熱系統。

5.浸沒式冷卻

浸沒式冷卻，顧名思義，是將電池泡在一種絕緣導熱材料中，理論上來說，可以保證電芯和冷卻介質的充分接觸，來保證散熱，但是目前技術的實現還有很多問題，目前不是市場上的主流冷卻技術。由於沒有參加過浸沒式冷卻系統的設計研發，恕無詳述，僅做概念擴展。

6.相變儲能冷卻

相變材料，即可以在液態和固態之間切換的一種材料，吸熱融化，儲存熱量，熱量釋放後凝固，可再次用於吸熱。可以循環使用，目前相變材料使用的局限性在於增加相變材料後重量增加較多，會降低整包的能量密度。後期國家補貼退坡後，不知道會不會在市場上看到越來越多的相變材料應用。從儲能的角度看，相變材料具備緩衝熱突變的能力，不清楚後面會不會用在保溫隔熱技術上。

根據研究結果顯示，石蠟-膨脹石墨復合相變材料，可以將系統溫差降低至0.2攝氏度（沒有提供電池組的詳細參數，工況電流大小、電池型號等信息）。同時，研究還證明，相變材料，對於抑制熱失控的蔓延有良好效果。

石蠟-膨脹石墨復合材料，石蠟作為相變材料，負責熱量的吸收和儲存，實現溫控功能。石墨，具備微觀多孔結構。當石蠟相轉變成液態，石墨起到完美的吸附作用，避免材料出現液體狀態。

鄙以為，未來的熱管理方式隨著電池技術的更新而發展，延長電池壽命，降低熱失控風險將成為短期內的目標