电动汽车电池热管理系统综述

动力电池是电动汽车的主要部件，电池热管理技术是动力电池发展的重要制约因素。动力电池在工作过程中会不断产生热量，为避免热量堆积造成热失控，需要合适的热管理系统给电池散热。高效的电池热管理系统通过对锂离子电池进行热管理而提高电池的运行效率，并提高电池的安全性、可靠性，减缓电池的老化率，延长使用寿命等。本文介绍了锂离子电池的热模型，分析了锂离子电池的生热机理、热模型以及高温对电池的影响，讨论了空气冷却系统、液体冷却系统、相变材料及耦合冷却系统的工作原理、冷却效果及其优缺点，展望了各种热管理系统的发展趋势，分析指出多种冷却技术耦合的热管理系统可以达到更好的冷却效果，有望将成为未来研究的重点方向。

由于锂离子电池具有较高的能量密度，较高的放电电压，较低的自放电率，较长的循环寿命和没有记忆效应等诸多优点[1]，锂离子电池被广泛应用于新能源电动汽车。目前，在新能源汽车领域对锂离子电池的研究越来越广泛，而锂离子电池的可靠性、安全性、使用寿命、成本等都在不同程度上决定电动汽车的发展[2]。

研究表明， 锂离子电池的性能对工作环境温度非常敏感， 锂离子电池可安全工作的温度范围为−10℃~50℃，最佳工作温度为25℃，且最大工作温差不应高于5℃ [3]。在低温环境下电池的活性会降低，导致电池容量减少；在高温环境下电池的生热反应加剧，因此增大了热失控的风险。可见极端温度都会对电池造成不可逆的损害， 例如会降低电池的循环次数和寿命等。

有研究称， 电池工作温度范围在30℃~40℃时，每升高1℃，电池的寿命就会减少大约两个月[4]。

为了保证电池在合理的温度范围内工作，降低由于温度失控而导致的电池损坏或爆炸的风险，电池热管理系统(Battery Thermal Management System, BTMS)应运而生。BTMS 通过调控冷却介质的流动布置或流动特性控制电池温度， 保证电池温度在合理范围内波动， 从而使得电池工作效率更高， 性能更稳定。

随着新能源汽车的不断发展，电池作为制约其发展的核心因素，对高效电池控温技术的需求也越来越迫切，BTMS 也受到了国内外学者的广泛关注。本文基于当前电池热管理技术研究进展和应用实例，对当前常用的锂离子电池模型、热管理系统进行评述和探讨，对比分析现有技术模型的优缺点，旨在展望锂离子电池未来的研究方向及趋势，为锂离子电池热管理系统的优化方案提供理论依据和技术指导。

2. 锂离子电池生热原理及模型 2.1. 锂离子电池的生热机理 锂离子电池在充放电过程中会发生一系列化学反应，这些化学反应大多伴随着热量的产生，其主要生热反应包括SEI 膜的分解、电解液的分解、正极的分解、负极与电解液的反应、正极与电解液的反应