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新能源整车热管理（三）：电池系统热管理

动力电池作为新能源汽车的主要动力源，其对新能源汽车的重要

性不言而喻。在实际的车辆使用过程中，电池会的面临的使用工况复

杂多变。为了提高续航里程，车辆需要在一定的空间内布置尽可能多

的电芯，因此车辆上电池包的空间非常有限。电池在车辆运行过程中

产生大量的热量且随着时间的累积在相对狭小的空间内内积聚。由于

电池包内电芯的密集堆放，也在一定程度上造成中间区域散热相对更

困难，加剧了电芯间的温度不一致，其结果会降低电池的充放电效率，

影响电池的功率；严重时还会导致热失控，影响系统的安全性和寿命。

动力电池的温度对其性能、寿命、安全性影响很大。在低温下，

锂离子电池会出现内阻增大、容量变小的现象，极端情况更会导致电

解液冻结、电池无法放电等情况，电池系统低温性能受到很大影响，

造成电动汽车动力输出性能衰减和续驶里程减少。在低温工况下对新

能源车辆进行充电时，一般BMS先将电池加热到适宜的温度再进行充

电的操作。如果处理不当，会导致瞬间的电压过充，造成内部短路，

进一步有可能会发生冒烟、起火甚至爆炸的情况。电动汽车电池系统

低温充电安全问题在很大程度上制约了电动汽车在寒冷地区的推广。

电池热管理是BMS中的重要功能之一，主要是为了让电池组能够

始终保持在一个合适的温度范围内进行工作，从而来维持电池组最佳

的工作状态。电池的热管理主要包括冷却、加热以及温度均衡等功能。

冷却和加热功能，主要是针对外部环境温度对电池可能造成的影响来

进行相应的调整。温度均衡则是用来减小电池组内部的温度差异，防

止某一部分电池过热造成的快速衰减。如表1所示，通常我们期望电

池在20~35℃的温度范围内工作，这样能实现车辆最佳的功率输出和

输入、最大的可用能量，以及最长的循环寿命。

表1动力电池温度特性

一般来说，动力电池的冷却模式主要分为风冷、液冷和直冷三大

类。风冷模式是利用自然风或者乘客舱内的制冷风流经电池的表面达

到换热冷却的效果。液冷一般使用独立的冷却液管路用来加热或冷却

动力电池，目前此种方式是冷却的主流，如特斯拉和volt均采用此种

冷却方式。直冷系统则是省去了动力电池的冷却管路，直接使用制冷

剂对动力电池进行冷却。

1、风冷系统：

早期的动力电池，由于其容量和能量密度较小，所以很多采用风

冷的方式对动力电池进行冷却。风冷分为自然风冷和强制风冷（利用

风机）两大类，利用自然风或驾驶室内的冷风对电池进行冷却。其基

本原理如图1所示。

图1风冷系统原理图

风冷系统的典型代表如日产日产聆风（NissanLeaf）、起亚Soul

EV等；目前48V微混车辆的48V电池普遍布置在乘客舱中，采用风

冷的方式进行冷却，某动力电池风冷路径图如图2所示。风冷系统结

构比较简单，技术相对成熟，成本较低。但由于空气带走的热量有限，

其的换热效率较低，电池内部均温性不佳，对电池温度也难以实现比

较精确的控制。因此风冷系统一般适用于续航里程较短、整车重量较

轻的情况。

图2某动力电池风冷路径图（并行风道）

值得一提的是，对于风冷系统而言，风道的设计对冷却的效果起

着至关重要的作用。风道主要分为串行风道和并行风道，如图3所示。

串行结构简单，但阻力大；并行结构较复杂占用空间多，但散热均匀

性好。

图3串行风道和并行风道

2、液冷系统

液冷模式即电池采用冷却液冷却的方式换热，其原理图如下图3

所示。冷却液分为可直接接触电芯（硅油，蓖麻油等）和通过水道接

触电芯（水和乙二醇等）两种；目前水和乙二醇混合溶液用的比较多。

液冷系统一般会增加一个chiller与制冷循环耦合起来，通过制冷剂将

电池的热量带走；其核心部件是压缩机、chiller和水泵。压缩机作为

制冷的动力发起点，决定着整个系统的换热能力。chiller则起到了制

冷剂和冷却液的交换作用，而换热量的大小也直接决定着冷却液的温

度。水泵则决定了管路内冷却液的流速，流速越快换热性能就会越好，

反之亦然。