新能源汽車的核心——動力電池系統，一般主要由電池模組、電池管理系統、熱管理系統、電氣及機械系統等構成。影響新能源汽車推廣應用的重要原因一個是動力電池的安全性，另外一個就是使用成本。
因此隨著新能源汽車大規模的推廣，安全性需要得到進一步提高，所以熱管理的重要性凸現出來。熱管理的作用簡要來說就是讓電池工作在一定的溫度范圍內維持最佳的使用狀態，用以保證電池系統的性能和壽命。
熱管理系統的構成
電池組熱管理系統主要由導熱介質、測控單元以及溫控設備構成。導熱介質與電池組相接觸后通過介質的流動將電池系統內產生的熱量散至外界環境中，導熱介質主要有空氣、液體與相變材料這三大類。測控單元則是通過測量電池系統以及電池模組甚至單體不同位置上的實時溫度來控制溫控設備進行對應的熱處理。常見的溫控設備有風扇與泵機等。
根據參考資料總結幾款電動汽車產品電池組熱管理系統如下表所示。可以看到熱管理的作用主要體現在防止過熱和過冷保溫兩個方面。
車輛型號
車輛類型
熱管理方式
GM Volt
采用液冷方法。金屬散熱片間隔于單體間，冷卻液在散熱片內封閉循環，單體間散熱片的厚度僅為1 mm左右。當溫度過低時，加熱線圈可加熱冷卻液并為電池升溫。
Ener1
Think City
BEV
采用強制風冷方法，每兩片并聯單體頭部有中空的鋁制導熱槽，該導熱槽與電池組整體的通風導流槽連接。
Tesla Roadster
BEV
采用液冷方法，冷卻液為50% 水與50% 乙二醇混合物。
Toyota Prius, PHV
HEV,
PHEV
采用強制風冷方法，通風風扇有四種運行模式：關、低轉速、中轉速、高轉速，電池溫控系統決定電池風扇的運行模式。
Nissan Leaf
BEV
電池包密封，外界不通風。寒冷地區有加熱選件。
Mitsubishi iMiEV, Minicap
BEV
采用強制風冷方法。
熱管理的作用
車輛在不同的行駛狀況下，電池系統由于其自身有一定的內阻, 在輸出功率、電能的同時產生一定的熱量，使電池溫度升高，當電池溫度超出其正常工作溫度區間時會影響電池的壽命。目前國內的熱管理研究較多在防止過熱上，更準確地說是集中在電池系統和模組級別上，在電芯層面上的隔熱并沒有過多關注。
據筆者了解的情況，國內很多企業在電芯層面上，無論是軟包還是方形都沒有進行相應的隔熱處理。比如軟包電芯，基本是直接堆疊后靠金屬外殼固定一起，且不論電芯之間熱量的積累，光軟包充放電時的臌脹效應就有可能導致電芯出現破損可能。方形之間靠結構膠直接粘接，并且還在沒有采用任何冷卻處理的環境下，完全靠自然冷卻不能保證熱量及時擴散。
這里有必要提及在國外以及國內若干采用軟包的企業得到大規模應用的泡棉材料，一方面能夠吸收電池鼓脹應力起到緩沖作用，另一方面能夠起到隔熱作用，在電芯出現熱失控的情況下抑制熱擴散，延緩事故發生。在方形電芯之間的隔熱處理，已經有企業在采用氣凝膠，安全性相當高，但存在一個很實現的成本問題。
當溫度降低到零度以下時，電池系統的充放電功能會由于電池性能的降低變得十分困難, 無論是放電的倍率還是放電的容量都會大幅度地降低。因此在寒冷地區，研究電動汽車如何才能更高效地使用變得十分迫切。針對上述情況，一般從兩個方面出發進行設計，分別是電芯加熱和箱體保溫方案。
加熱方案
最簡單的加熱方案一般是在電池模組上下附著加熱板進行加熱或者采用加熱膜包裹在電芯四周進行加熱。由于PTC加熱片通常采用鋁制，存在與電池貼合不夠緊密情況導致熱量損失。而加熱膜能夠貼合更加緊密，傳熱效率更高使得加熱效果相對更好。
相對于常用的PTC加熱片和金屬絲加熱膜，石墨烯加熱膜也開始進入人們的視野，這三種材料的比較如下表所示。一般根據電池系統在進行具體設計時的結構、工藝以及成本進行加熱方案的選擇。
| 加熱方式 | 重量 | 厚度 | 加熱一致性 | 加熱速度 | 穩定性 | 成本 |
| 石墨烯加熱膜 | 輕 | -0.2mm | 高 | 快 | 好 | 中 |
| PTC加熱片 | 重 | -10mm | 低 | 慢 | 好 | 高 |
| 金屬絲加熱膜 | 輕 | -0.5mm | 中 | 中 | 一般 | 低 |
箱體隔熱
箱體隔熱的意義在于：一、保持系統內部溫度，有利于低溫充放電，延長使用壽命；二、保持系統內部溫度，降低高溫路面熱輻射對系統內部溫度的影響；三、外部出現火燒或者高溫時時，保持電池包內正常溫度，延緩電池熱失控，提高安全性。從目前電池系統的發展趨勢來看，采用會液冷系統越來多，因此箱體隔熱設計越發重要。
根據現有國家標準的規定，導熱系數大不于0.12W/(m?K)的材料可以認為是保溫材料，小于0.05 W/(m?K)的材料則可以稱作高效保溫材料。常用的保溫材料有絨毛毯、聚氨酯泡棉、二氧化硅氣凝膠等，導熱系數分別為0.05、0.03、0.02 W/(m?K)左右。氣凝膠的隔熱效果可以說是相對于其他材料是最好的，但是成本比較高，并不適合大規模應用。另外采用泡棉以及氣凝膠在對箱體進行保溫時會不可避免進行拼接，并不能一次成型貼合于是產生縫隙導致隔熱效果差。新能源汽車發展會帶來新技術的出現，比如能夠直接在箱體上發泡成型，與箱體結構完整貼合實現最佳的隔熱效果。
UIR0316材料技術
結語
隨著新能源汽車開始大規模的使用，電池系統的性能會接受更多的考驗，比如南北溫差導致電池能耗的不同。從目前情況來看，解決上述問題需要結合新材料進行電池設計系統優化。比如利用先進的散熱、隔熱保溫材料等，針對系統結構布置以及控制策略的優化都是可以采用的方式。高效智能的熱管理系統會是未來發展的目標，對新能源汽車的安全性有重要意義。
來源：第一電動網
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