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-------------------------------------------------- 对于传统燃油汽车而言，整车的热管理更多的是集中与汽车发动机上的热管系统上，而新能源车上整车热管理与传统燃油汽车的热管理概念有巨大的差异，一般电动汽车的热管理必须统筹规划整车上的“冷”与“热”，提高能源利用率，保证整车续航。 随着新能源汽车的发展，尤其纯电动汽车其续航里程的大小从某种程度上是客户选择是否购买的重要因素之一。有数据统计，一辆电动车在较恶劣工况下（尤其冬季）开空调情况下，其将影响整车续航能力的40%以上。所以相对于传统燃油汽车，针对纯电动汽车，如何综合管理能量显得尤为重要。下面给大家详细解答一下传统燃油汽车与新能源汽车在热管理领域中主要区别点。 动力电池热管理为核心 与传统汽车相比，新能源汽车热管理要求高于传统汽车，新能源汽车热管理系统更复杂，不仅有空调系统，而且新增电池、驱动电机等部件都是具有冷却需求。 （1）过低或过高温度均会影响锂电池性能和使用寿命，因而必须拥有热管理系统。根据传热介质的不同，电池热管理系统可分为风冷、直冷与液冷，液冷相对直冷成本更低，冷却效果也优于风冷，具备主流应用趋势。 （2）由于动力类型的变化，电动汽车空调使用的电动涡旋压缩机价值量相比传统压缩机有明显提升。目前电动车主要采用PTC 加热器进行采暖，冬天时严重影响续航里程，未来有望逐步应用制热能效比更高的热泵空调系统。
新能源汽车热管理要求高 相对于传统燃油汽车更多只需注重发动机的热管理，新能源汽车热管理系统需要从系统集成和整体角度出发，统筹热量与动力总成及整车之间的关系，采用综合手段控制和优化热量传递的系统。其可根据行车工况和环境条件，自动调节冷却强度以保证被冷却对象工作在最佳温度范围，从而优化整车的环保性能和节能效果，同时改善汽车运行安全性和驾驶舒适性等，同时汽车热管理系统主要用于冷却和温度控制，包括乘客舱热管理（空调系统）、动力总成冷却等。因此相对于传统汽车，新能源汽车的热管理系统会显得更为复杂、价值量更大。
多部件热管理需求 新能源汽车热管理系统相对于传统汽车，一般新增了动力电池、电机及电子部件等多部件多领域的冷却需求。 传统汽车热管理系统主要包括两部分：发动机冷却系统和汽车空调系统。新能源汽车由于发动机、变速箱等部件变成了电池电机电控和减速器，其热管理系统主要包括四部分：电池热管理系统、汽车空调系统、电机电控冷却系统、减速器冷却系统。新能源汽车热管理系统按冷却介质分类主要包括液冷回路（电池及电机等冷却系统）、油冷回路（减速器等冷却系统）及冷媒回路（空调系统），涉及零部件包括控制部件（电子膨胀阀、水阀等）、换热部件（冷却板、冷却器、油冷器等）与驱动部件（电子水泵与油泵等）。
新能源汽车热管理系统高价值量 传统汽车空调系统结构简单，依靠发动机带动空调压缩机制冷，依靠发动机热源制热；纯电动汽车由于没有发动机，需要依靠电动压缩机制冷，依靠PTC 加热器制热，结构复杂，且电池热管理系统不仅要防止电池过热，还要在电池过冷时进行保温。整体来看，新能源汽车由于其热管理系统比较复杂，对部件需求有所增加，形成新的电子膨胀阀、电池冷却器、冷却板、PTC 加热器等部件的需求。传统汽车热管理系统单车价值一般在2000 元左右，新能源汽车热管理系统单车价值可超过6000 元，价值量明显提升。
电池热管理以液冷为应用趋势 相对于传统汽车绝不多数采用自然风冷的散热模式，新能源汽车的电池热管理系统对电池的性能和使用寿命影响巨大。 锂电池最佳工作温度范围约20-30℃，低温时电池容量较低，充放电性能差；高温时电池循环寿命会缩短，过高温度工作甚至有爆炸等安全问题。此外，电动汽车动力电池组是由多个电池单体通过串并联方式组成，电池单体都紧密地布置在一起，在进行充放电时，各电池单体所产生的热量会互相影响，如果散热不均匀，将造成电池组局部温度快速上升，使电池的一致性恶化，使用寿命将大大缩短，严重时会造成某些电池单体热失控，产生比较严重的事故。当动力电池处于低温环境中，电池的充放电性能会大大降低，导致电池无法正常工作。
为了使动力电池组保持在合理的温度范围内工作，电池组必须拥有科学和高效的热管理系统，而液冷系统一般都是独立运行，不受车辆行驶外界条件的影响，因此也是目前新能源汽车电池热管理中最为稳定高效的热管理处理方式之一，也是目前最受各大新能源车商亲昧的热管理方案。 新能源汽车动力电池热管理技术剖析 中国科学院工程热物理研究所官网
2018年全球销售了210多万辆纯电动汽车和插电式混合动力汽车，其市场份额已上升到当年销售车辆总额的2.4％ ，并且这一趋势还将继续上升，预计到2030年欧洲每销售三辆汽车其中都将有一辆电动车。电池组作为电动汽车的主要储能部件，直接影响到电动车的性能。本期将为您介绍电动汽车电池系统热管理的有关知识。 电动汽车电池系统热管理背景 随着制造业的快速发展，中国汽车工业面临着产业转型、降低排放、能源危机和低碳发展的挑战，发展新能源汽车已经成为降低汽车工业石油依赖和排气污染的唯一途径，中国政府为了推进新能源汽车工业，发布了一系列发展规划、财政补贴和税务鼓励计划，促进新能源汽车行业的发展。
电池组是电动汽车的主要储能部件，由锂电池组成，直接影响到电动车的性能。 由于车辆上装载电池的空间有限，正常运行所需的电池数目也较大，电池会以不同倍率放电，并以不同生热速率产生大量热量，再加上时间累积以及空间影响将会聚集大量热量，从而导致电池组运行环境温度情况复杂多变。 电池包内温度上升严重影响电池组的电化学系统的运行、循环寿命、充电可接受性、电池包功率和能量、安全性和可靠性等。如果电动汽车电池组不能及时散热，将导致电池组系统 的温度过高或分布不均匀，其结果将降低电池充放电循环效率，影响电池的功率和能量发挥，严重时还将导致热失控，影响系统安全性与可靠性；另外，由于发热电池体的密集摆放，中间区域必然热量聚集较多，边缘区域较少则增加了电池包中各单元之间的温度不均衡，这将造成各电池模块、单体性能的不均衡，最终影响电池性能的一致性及电池荷电状态（SOC）估计的准确性，影响到电动汽车的系统控制。
锂电池产生热量
锂电池内部反应过程 锂离子电池工作原理本质上是内部正负极与电解液之间的氧化还原反应，在低温下电极表面活性物质嵌锂反应速率减慢、活性物质内部锂离子浓度降低，这将引起电池平衡电势降低、内阻增大、放电容量减少，极端低温情况甚至会出现电解液冻结、电池无法放电等现象，极大的影响电池系统低温性能，造成电动汽车动力输出性能衰减和续驶里程减少。 此外，在低温环境下充电容易在负极表面形成锂沉积，金属锂在负极表面积累会刺穿电池隔膜造成电池正负极短路，威胁电池使用安全，电动汽车电池系统低温充电安全问题极大的制约了电动汽车在寒冷地区的推广。 因此为了提高整车性能，使电池组发挥最佳的性能和寿命，就需要优化电池包的结构，设计能够适应高温和低温的电动汽车电池包热管理系统BTMS。 电动汽车电池系统热管理技术现状 动力电池散热研究可分为空气散热、液冷散热、固体相变材料散热和热管散热等方式，现有主要散热技术以前三种为主。
空冷式散热系统 空冷式散热系统也叫风冷式散热系统。空冷式的散热方式最为简单，只需要让空气流经电池表面带走动力电池所产生的热量，达到对动力电池组散热的目的。 根据通风措施的不同，空冷式又有自然对流散热和强制通风散热两种方式。 自然对流散热不依靠外部附加的强制通风措施（如加风机等），只是通过电池包内部流体自身因温度变化而产生的气流进行冷却散热的系统。 强制对流冷却散热系统是在自然对流散热系统的基础上加上了相应的强制通风技术的散热系统。 当前动力电池空冷式散热主要有串联式和并联式两种系统。但该种方式效果较差，且很难达到较高的电池均温性。
串联风冷散热/并联风冷散热 液冷式散热系统 动力电池的液冷式散热系统是指制冷剂直接或间接地接触动力电池，然后通过液态流体的循环流动把电池包内产生的热量带走达到散热效果的一种散热系统。 制冷剂可以是水、水和乙二醇的混合物、矿物质油和R134a等，这些制冷剂拥有较高的导热率，可以达到较好的散热效果。 当前动力电池的液冷技术也拥有了相当成熟的技术，在电动汽车的散热系统中也有了相对广泛的应用，比如特斯拉电池包就是采用水和乙二醇的混合物的液冷方式散热，宝马 液冷式系统往往要求更复杂的更加严苛的结构设计以防止液态制冷剂的泄漏以及保证电池包内电池单体之间的均匀性，而液冷系统的复杂结构也使得整套散热系统变得十分笨重，不仅增加整车的重量，使得整车的负担大大增加，而且同时由于其结构的复杂性及高密封性使得液冷系统的维护和保养相对困难，维护成本也相应增加。
液冷系统图
动力电池包液冷结构散热方式
特斯拉电池包液冷散热图 相变材料式散热系统 相变材料式散热系统是以相变材料作为传热介质，利用相变材料在发生相变时可以储能与放能的特性达到对动力电池低温加热与高温散热的效果。但相变材料的热导率比较低，为了改变材料的固有缺陷，人们向相变材料中填充一些金属材料，例如有些研究中将很薄的铝板填充到相变材料中从而达到提高热导率的目的。为了提高相变材料的热导率，还有人提出了向相变材料中填充碳纤维、碳纳米管等。
相变材料包裹电池式结构 热管式散热系统 热管作为一种高效的导热原件，能够快速高效地把热能从一个地方输送到另一个地方，也就是能够把热量快速有效地在两个物体间进行传输。 在电动汽车的热管理系统中，国内外很多学者也把热管这一导热原件应用到动力电池的散热中。与传统的强制对流散热系统相比，在引入热管的散热系统中，动力电池不仅能维持在正常工作的温度范围内，而且各电池单体之间也能够保持温度的均匀性，这是强制冷却散热系统所不能达到的效果。但其质量和体积过大，存在换热极限。
热管冷却 电动车电池加热系统 上面介绍了四种给电池散热的方法，接下来将介绍一下为了使电池适应低温环境的加热方式。 加热系统主要由加热元件和电路组成，其中加热元件是最重要的部分。常见的加热元件有可变电阻加热元件和恒定电阻加热元件，前者通常称为PTC（positive temperature coefficient），后者则是通常由金属加热丝组成的加热膜，譬如硅胶加热膜、挠性电加热膜等。
电动汽车专用PTC
动力电池硅胶加热膜 PTC由于使用安全、热转换效率高、升温迅速、无明火、自动恒温等特点而被广泛使用。其成本较低，对于目前价格较高的动力电池来说，是一个有利的因素。但是PTC的加热件体积较大，会占据电池系统内部较大的空间。绝缘挠性电加热膜是另一种加热器，它可以根据工件的任意形状弯曲，确保与工件紧密接触，保证最大的热能传递。硅胶加热膜是具有柔软性的薄形面发热体，但其需与被加热物体完全密切接触，其安全性要比PTC差些。 中国科学院工程热物理研究所胡学功研究员领导的科研团队利用微槽群复合相变技术成功研制了超过120 Wh/kg高能量密度的电动汽车电池包热管理系统(BTMS)样机，微槽群复合相变技术是利用微细尺度槽群结构复合相变强化传热机理实现高强度传热，是目前国际上一种先进的被动式微细尺度相变强化传热技术。该成果解决了电动汽车行业存在的高能量密度电池成组单体之间难以保持均温性的技术难题，其技术指标优于特斯拉（电池单体间的温差≤±2℃），且成本优势巨大，处于电动汽车行业内领先水平。
电动汽车电池包微槽群热管理系统 电动汽车电池系统热管理技术发展方向 从国家对电动汽车扶持方向来看，电动汽车电池包热管理系统必然朝着轻量化，高比能和高均温性方面发展。科技部“十三五”规划中也提出开展基于整车一体化的电池系统的机-电-热设计，开发先进可靠的电池管理系统和紧凑、高效的热管理系统，到2020年，应使单体电池之间的最大温差≤2℃，电池系统的比能量≥210Wh/kg。 另一方面，十三五末，我国电动汽车保有量将达500万辆，随之产生大量废旧动力电池，这为动力电池的拆解回收带来大量工作。因此，在设计电动汽车电池包热管理系统时，就应当考虑到电池包易拆解，无附加污染，实现电池包热管理系统的绿色设计。 --------------------------------------------------- --------------------------------------------------- |
