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动力电池热管理设计之四点不可忽略关键元素

动力电池热管理设计之四点不可忽略关键元素

电池热管理系统的设计，是保障电池运行安全的决定性外在因素。 也是提升电池系统寿命等性能指标的关键所在。 它直接关系到电池系统最终的成败，可以一票否决设计成果。

从热设计过程来看，关联元素很多，如同在支点上找平衡。最终的目

标，技术实施的结果，就是保证系统内所有化学电芯工作环境的 “舒适性”、“均温性”。做到这一点，众多电芯的性能才能“齐头并进”，发挥出最

好的作用。

在车用动力电池系统早期的设计中，不乏以电池布置为主。打开箱体，满满当当的都是电池，热管理设计难觅踪影或被弱化， 没有作为关键环节对待。近些年，这种情况发生了根本变化，客户对“缩小使用差距 (和燃油车)”很迫切，从功率角度、环境适应性，对电池系统提出了更高的要

求，热管理被赋予了新的使命。这就需要运用科学完整的开发流程，循序渐进，认真对待每一个小环节，让热设计满足电池系统要求。

不可忽略关键元素之一 电芯本体传热并非想象的好，系统温点布置需标

定

不管是圆柱电芯、方形电芯还是软包电芯，都是由多层极片叠加而成。如某品牌方形电池，45Ah，由23片正极片+24负极片+N片隔膜+若干电解液组成。

电芯成分和金属材料，差距非常大。也就是说，让电池表面的温度，传热到最内层，时间长度很长。更为重要的是，均温特性，会变得非常差。从电池加工工艺角度分析，还有更多的差异影响着传热、均温：

其一：同一片极片存在温差 (因涂布厚度工艺)

其二：叠片工艺不同传热途径不同 (卷绕工艺沿着铂片方向导热，叠片传热是沿着叠层的垂直方向 )

其三：极耳温度不完全代表极片的中心最高温度 (极耳通过连接片与极片相连，工艺、材料是有差异性的 )

通过上面分析对比，单体电芯上温点采集布置，是不确定的。同时，单体电芯组成的模组、包体，因结构设计、布置的差异，也是完全不同的。需要通过标定完成温点的布置设计。如， Leaf电池系统有 4个采集点，分布于箱体的不同位置。仅从采集数量上看，日产是很自信的。但其背后，完成了多少轮实验，这种开发的辛苦，我们不得而知。

不可忽略关键元素之二 导热界面材料应用选择

图中①③④⑤都与热有关系1)用在电芯之间的作用①：导热、隔热。听起来似乎是有些矛盾。我们在应用中，的确也是游离在其矛盾的边缘上。在正常运行，充放电过程中，我们是希望其导热性好的。这样，系统的均

温特性可以得到保证。当发生故障，如短路、热失控，我们又希望其绝热，让相邻电芯免受株连。

2)当用在电池和导热板之间的时候③，我们不仅仅要求其导热性好，还需要导热均匀，绝缘性好。这也是一对矛盾。从材料角度，导热性和材料绝缘因添加成分取舍，其性能天平会有倾斜。下面界面材料数据，可以看出材料的一些部分选择特性。仅供参考。

案例数据：source:苏州佰旻电子材料科技有限公司

除了上述关联热性能、电性能的选择外，还有结构上的一个选择。电芯在充放电过程中，会有一定的膨胀，这时，需要结构方面吸收这个变

量。界面材料，自然也担起“缓冲”的作用。总之，辅件虽小，作用很大。需要很好的“选择设计”。另外，还有一个“选择”，就是品牌的选择。目前市场上，品质良莠不齐，一些不好的产品，用超低的价格引诱。切莫因小失大。我是见证过因小小的一片导热垫全部返工的案例。 选择产品厂商，关注其实验能力，用真实数据说话。

不可忽略关键元素之三 系统箱体的局部隔热

对于水冷系统设计，我们在局部还是做了一定的隔热设计。 下底板的隔热主要作用是阻止来自地面的高温辐射传热。 上面的隔热棉主要是阻断电池系统对车身或乘舱的传热。从安全角度，隔热作用也是很大的，一旦

发生电池系统故障燃烧，能起到对乘员舱缓解和保护作用。目前，箱体还做不到完全隔热设计，原因很多。但是，对电池系统热的精准设计方向是正确的。隔热设计也会被要求的。

不可忽略关键元素之四自然冷却的电池系统，也需要热管理设计元素

很多时候，我们认为自然冷却是依靠箱体冷却，没有主动的设计元素。看来，这种观点，是需要修正一下的。

电池系统外箱体气流的导流通道

这一点，我和很多经验丰富的结构工程师做过讨论。 他们很认可这一点。当电池充放电倍率在 1-2C，使用环境温度也满足需求。使用自然冷却是合理的。这种冷却，箱体自然变成了一个“散热片”。车辆移动时，箱体外形对气流的导流是需要设计的 ;电池箱体与车身结合的间隙也是有要求的。

电池布置的容积率

这一点大家可以理解的。当采用自然冷却的时候，电芯之间间距是加大的。从自然对流的角度，电芯间隙5~10mm才能形成有效通道。同时，模组之间，模组和箱体之间，保留了很大的对流通道。我做过一个分析，

空隙容积率