動力電池熱管理系統的設計目標：調整電池溫度，使其保持在電池適宜工作的溫度范圍；減小電池包內最高溫度和最低溫度的差異。

1液冷系統組成

液冷系統，是當前動力電池熱管理的熱門研究方向，利用冷卻液熱容量大且通過循環可以帶走電池系統多余熱量的性能，實現電池包的最佳工作溫度條件。

液冷統的基本組成包括：電動水泵，電芯散熱器（間接冷卻），溫度傳感器，空調系統（壓縮機，冷凝器，蒸發器）、加熱器，液液熱交換器。

其中，空調系統負責高溫工況提供冷卻功能；加熱器，低溫工況，負責給冷卻液加熱。

2熱傳遞原理

熱管理系統的設計初衷是轉移動力電池在充放電過程中的多余熱量，保持電池在適宜的范圍內工作，并且不同位置的電芯，溫度差異不能太大。這樣，既可以減緩電池的老化速度，又可以減緩不同電芯之間的差異化程度的加深。

之所以存在著空氣冷卻、液冷等不同的冷卻形式，主要是熱量傳遞的介質不同，原理上，需要從熱量的不同傳遞方式說起。熱量的傳播，主要的存在著三種形式：熱輻射、熱傳導和對流。

熱輻射：溫度高于絕對零度的物體都在進行熱輻射，熱輻射不需要介質不需要接觸，以電磁波的形式向外傳遞熱量。太陽傳遞給地球的熱量就是熱輻射的典型過程。

熱傳導：熱量通過介質，從高溫區域傳遞至低溫區域的過程。與熱輻射不同的是熱傳導需要存在兩個條件：溫差和介質。

對流：流體內部，由溫差驅動的相對流動。

熱量，在動力電池單體內部，主要以熱傳導的方式向電池表面傳遞，再以輻射和對流的方式向周圍空間傳播。如果系統中加入了熱管理系統，則傳熱過程被部分的改變。比如間接散熱方式，熱量從電池表面，主要以熱傳導的方式傳遞給散熱器殼體，再由殼體以熱傳導的方式傳遞到散熱器流道表面；熱量從流道表面熱傳導的方式傳遞給冷卻液，冷卻液以對流的方式將熱量在冷卻液內部傳遞，并跟隨冷卻液的受迫流動傳遞至電池包外部。

3電池包的熱管理方案

電池包的熱管理方案，涉及到三個方面的措施：電池組的冷卻、電池組低溫預熱、電池組保溫。

電池組的冷卻

液冷系統的冷卻功能，主要以循環低溫冷卻液的方式實現。如果出現所需散熱功率比較小的情形，由于冷卻液自身熱容量比較大，則可以不必起動循環過程，已經可以滿足設定的溫度范圍要求。

電池組冷卻的形式主要有兩種，直接冷卻和間接冷卻。直接冷卻，是冷卻介質直接從電芯表面流過，帶走多余熱量；間接冷卻，是冷卻介質在管道和散熱器的流道中流過，散熱器與電芯接觸，將電芯熱量傳遞給冷卻介質。

電池組的低溫預熱

本來，壓縮機可以具備制熱功能，但其低溫制熱效果不佳，且耗電量比較大，對于動力電池的續航能力造成很大的影響；同時，溫度過低環境下，電池包放電功率過低或者根本低于放電最低溫度而無法放電。因此給熱管理策略中設計了汽車起動之前的預熱過程。

電池組低溫預熱，有兩種基本形式：內部加熱和外部加熱。

內部加熱，利用電池包外部的交流電源，給電池電解液加熱，直至達到電池包適用的溫度范圍為止。生熱的部件是電池自身，因此稱為內部加熱。

外部加熱，利用外部電源，給電池以外的介質加熱，介質將熱量傳遞給電池，逐步提高電池溫度，直至電池適宜的溫度范圍。外部介質包括空氣介質和液體介質，生熱的元件有PTC和加熱膜等。

外部加熱是比較常用的方式。一般的實現形式是，電池包內部裝備有加熱器，不使用動力電池的電力，而是在停車狀態，接通電池包以外的電源，給PTC或者加熱膜供電。外部電源一般都是來自大電網的電能，加熱器可以按照適用的最大功率工作，而不必擔心電能浪費的問題，整體加熱速率比較高。

電池組保溫

在低溫地區應用的動力電池包，箱體一般需要設計保溫措施，用來減緩預熱熱量的散失。防止行車途中短時停車時，電池再次降低到工作溫度以下。有實驗表明，環境溫度零下20℃，預熱過程中，將電池加熱至25℃，車輛靜置8小時，溫度下降至18℃左右。

保溫措施并不是每臺具備熱管理功能的車輛都設置的。車輛預熱，電池包進入工作狀態以后，電池自身會產生大量的熱，如果不是極寒環境以及沒有長時間停車的需要，則電池包運行溫度可以依靠自身發熱維持。

4影響冷卻效果的主要因素

冷卻液的溫度。在冷卻過程中，冷卻液的溫度越低，電池的最高和最低溫度都相應低，但兩者的差距大。在加熱過程中，冷卻液的溫度越高，則電池的溫差也大。也就是說，冷卻液與電池溫差越大，則會造成電池組內部不同位置的電芯產生較大的溫差。

這個現象主要與不同位置電芯受熱管理系統的溫度調節影響程度不同有關。有的電芯與散熱器接觸面積大，有的比較小；另一方面，冷卻液在電池包內部循環過程中，從進口到出口，溫度一直在發生變化。在不同位置，冷卻液與相同本體溫度的電芯，溫差反而不同，只有精確的熱設計可以解決這個問題，而不是簡單的調節冷卻液溫度就能做到的。

冷卻液流量。冷卻液的流量越大在相同時間段內帶走的熱量越多。有仿真專門觀察了液冷模型，其他參數不變，只調節冷卻液流量的情況下，冷卻液流量對冷卻效果的影響。隨著冷卻液流量的增加，電池系統的最高溫度在降低，但溫差在增大。越過一個溫差最高點以后，流量繼續增加，溫差轉而開始減小。后面流量繼續增加的過程中，最高溫度和溫差都單向一直在減小。

流量增加的前半部分過程，最高溫度下降、溫差增加，其原因與冷卻液溫度持續下降的效果一致，都與具體的熱結構設計有關，不同的冷卻效果帶來不同的溫度變化量。在流量增加測試后半部分，隨著流量的增加，溫差開始減小并持續減小，是因為，冷卻液的流量增大到一定程度，相對于冷卻液的吸熱能力，電池傳遞給冷卻液的熱量相對變小。這樣，一方面，對冷卻液的溫度影響變小，距離系統進口遠近不同位置的冷卻液，溫差越來越小；另一方面，不同電芯傳熱面積的差異帶來的傳熱能力的差異，相對也在變小。于是，系統的整體溫差持續降低。

但流量不可以持續提升。一方面與消耗能量的大小有關，必然選擇一個性價比最好的流量。另一方面，長期保持大流量，是對冷卻液循環系統強度的考驗，設備壽命可能降低，同時，事故風險上升。