電池系統熱管理方案梳理

毫無疑問溫度因素對動力電池性能、壽命、安全性有著至關重要的影響。一般來說我們期望電池系統能在15~35℃的區間內運行，從而實現最佳的功率輸出和輸入、最大的可用能量，以及最長的循環壽命（雖然低溫存儲更能延長電池的日曆壽命，但在應用上實踐低溫存儲的意義並不大，這一點上電池和人非常相似）。

目前動力電池系統的熱管理主要可分為四類，自然冷卻、風冷、液冷、直冷。其中自然冷卻是被動式的熱管理方式，而風冷、液冷、直流是主動式的，這三者的主要區別在於換熱介質的不同。

· 自然冷卻

自然冷卻沒有額外的裝置進行換熱。例如BYD在秦，唐，宋，E6，騰勢等採用LFP電芯的車型上都採用了自然冷卻。據了解後續BYD在採用三元電芯的車型將切換為液冷。

· 風冷

風冷採用空氣作為換熱介質。常見的有兩種，第一種姑且稱為被動風冷，直接採用外部空氣換熱。第二種則為主動風冷，可預先對外部空氣進行加熱或冷卻後再進入電池系統。早期許多日韓系的電動車型採用風冷方案。

· 液冷

液冷採用防凍液（比如乙二醇）作為換熱介質。方案中一般會有多路不同的換熱迴路，例如VOLT具有散熱器迴路、空調迴路、PTC迴路，電池管理系統根據熱管理策略進行響應調節和切換。而TESLA Model S有一個與電機冷卻串聯的迴路，當電池在低溫狀態下需要加熱時，電機冷卻迴路與電池冷卻迴路串聯，電機可為電池加熱。當動力電池處於高溫時，電機冷卻迴路與電池冷卻迴路將被調節為並聯，兩套冷卻系統獨立散熱。

1.氣態冷凝器

2.副冷凝器

3.副冷凝器扇

4.氣態冷凝器扇

5.空調壓力感測器 (高壓側)

6.空調溫度感測器 (高壓側)

7.電子空調壓縮機

8. 空調壓力感測器 (低壓側)

9. 空調溫度感測器 (低壓側)

10. 膨脹閥 (冷卻器)

11. 膨脹閥（蒸發箱)

· 直冷

直冷採用製冷劑（變相材料）作為換熱介質，製冷劑能在氣液相變過程中吸收了大量的熱，相比冷凍液而言換熱效率可提升三倍以上，更快速的將電池系統內部的熱量帶走。BMW i3中曾採用過直冷方案。

電池系統熱管理方案除了需要考慮冷卻效率以外還需要考慮所有電池溫度的一致性。PACK有著成百上千個電芯，而溫度感測器必然無法檢測到每一個電芯。例如Tesla Model S的一個模塊中共有444個電芯，而布置的溫度檢測點僅有2個。因此需要通過熱管理設計使得電池儘可能保持一致。並且較好的溫度一致性是電池功率、壽命、SOC等性能參數一致的前提。

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