純電動汽車動力電池熱管理技術探析

【摘" 要】純電動汽車動力電池在充電放電時會產生大量的熱量，在經過低溫靜置后，溫度會很低，此時動力電池需要熱管理系統為其冷卻或加熱，以保證續駛里程、使用壽命和安全性。文章總結了動力電池冷卻和加熱的不同方式，列舉某款純電動汽車熱管理系統方案，為電動汽車熱管理系統設計提供參考。

【關鍵詞】純電動汽車；動力電池；整車；熱管理

中圖分類號：U469.72" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）03-0028-02

Analysis on Thermal Management Technology of Power Battery of BEV

ZHAI Duanzheng，WANG Sijie，NIU Zhifeng

（Anhui Jianghuai Automobile Group Co.，Ltd.，Hefei 230601，China）

【Abstract】The power battery of BEV will generate a lot of heat when charging and discharging，and after low temperature resting，the temperature will be very low，by now the power battery needs a thermal management system to cool or heat it to ensure driving range，service life and safety. This paper summarizes the different ways of power battery cooling and heating，and lists a BEV thermal management system scheme，which provides a reference for the design of BEV thermal management system.

【Key words】BEV；power battery；vehicle；thermal management

作者簡介

翟端正（1993—），男，工程師，主要從事整車熱管理試驗開發工作；王思杰（1987—），男，助理工程師，主要從事整車熱管理試驗開發工作；牛治鋒（1984—），男，主要從事整車熱管理試驗開發工作。

1" 前言

隨著國家對新能源的大力扶持，純電動汽車迎來了發展的春天。因純電動汽車具有環保節能、舒適性好、動力足等特點，越來越受到人們的喜愛。動力電池是純電動汽車核心部件之一，擔負著為整車儲能、供能的重大使命，其重要性不言而喻。動力電池最佳的工作溫度在15～40℃之間，而在充電、放電的過程中，電池會放出大量的熱，同時，車輛在低溫環境靜置后，動力電池溫度降至較低的溫度，此時如果不能及時為電池包冷卻或加熱，會導致電池衰減，嚴重時影響電池的使用壽命，甚至影響電池安全，發生自燃。因此，需要為動力電池匹配熱管理系統，使其在合適的溫度區間內工作。好的熱管理系統不僅能夠有效提升車輛的續駛里程，還可以延緩電池衰減，避免出現安全問題。

2" 動力電池熱管理技術

2.1" 電池冷卻

一般純電動汽車的動力電池冷卻方式主要有風冷、液冷和直冷3大類。

1）風冷（空氣冷卻）技術是利用自然風或車輛制冷系統產生的冷風，通過熱對流或熱傳導的方式帶走熱量，實現電池冷卻的目的。風冷技術具有系統簡單、成本低、易維護的特點，被廣泛使用。

2）液冷技術以液體作為傳熱介質，液體在流經動力電池內部的管道時將熱量帶走。液冷使用的液體多為冷卻液，在車輛冷卻系統中循環流動。冷卻液帶走的熱量通過散熱器散失到空氣中。有些車輛在冷卻系統中設置一個名為Chiller的換熱器，將車輛冷卻系統和制冷系統耦合，增加系統冷卻效果。液冷技術與風冷技術相比，具有冷卻能力強、均勻性好、速率快等特點。

3）直冷技術則是利用制冷系統中的冷媒直接將動力電池的熱量帶走，在動力電池內部再安裝一套膨脹閥和蒸發器，冷媒在蒸發器內蒸發吸熱。由于直冷技術沒有液冷技術中的換熱器，因此直冷的效率更高。但動力電池在冷卻時，需要將制冷系統中的冷媒分走一部分，這將影響乘員艙制冷效果，導致舒適性降低。

2.2" 電池加熱

動力電池加熱技術主要有電池自發熱和利用外部加熱元件兩種。電池自發熱，顧名思義就是利用電池在充放電時因自身工作產生的熱量來提高電池溫度，但這種方式加熱效率慢，已基本被棄用。

利用外部加熱元件主要是使用加熱膜和PTC。加熱膜緊貼在電池模組表面，在通電時產生熱量提高電池溫度。電池加熱方式和冷卻方式類似，也有空氣加熱、水加熱和冷媒直熱3種。

2.3" 熱管理系統

電池冷卻和加熱時，可以獨立選擇不同的方式，但隨著車輛集成度的越來越高，對車輛熱管理系統也提出了更高的要求。因此出現了既可以實現電池冷卻，又可以為電池加熱的熱管理系統，甚至有些車輛利用熱泵空調研發了高度集成的熱管理系統，將車輛冷卻系統、動力電池冷卻/加熱和乘員艙制冷與采暖3大系統有機結合起來。

3" 整車熱管理系統案例

3.1" 熱管理系統架構

某款純電動汽車熱管理系統架構如圖1所示。該熱管理系統即為利用熱泵空調實現電池的直冷直熱、電驅系統的冷卻以及乘員艙的制冷和采暖的有機統一。電驅回路中，設置了單獨水冷回路，通過板式換熱器與熱泵系統相連進行熱量傳遞，可實現余熱回收以及堵轉加熱功能；寒冷的冬季，為解決熱泵空調采暖效果差的問題，匹配了PTC，以增加乘員艙采暖效果。該熱管理系統可實現多種模式下的冷卻和加熱需求。

3.2" 熱管理系統原理

因該系統有多種工作模式，本文僅介紹電池或乘員艙需要冷卻和加熱模式的工作原理。

1）動力電池冷卻原理。當動力電池溫度較高需要冷卻時，系統中的空調制冷電磁閥、空氣換熱電磁閥、電池電子膨脹閥和電池冷卻電磁閥開啟（電池加熱電磁閥關閉），冷媒流經電池電子膨脹閥時，經節流膨脹，在電池包板式換熱器內蒸發吸熱，將熱量帶走，實現電池冷卻的目的。若此時乘員艙也有制冷需求，只需將制冷電子膨脹閥開啟（空調采暖電磁閥關閉），部分冷媒在車內蒸發器蒸發吸熱，實現乘員艙制冷。

2）動力電池加熱原理。當電池溫度較低需要加熱時，系統中的電池加熱電磁閥、電池電子膨脹閥、水源換熱電磁閥、空調采暖電磁閥開啟（采暖電子膨脹閥、空調制冷電磁閥、空氣換熱電磁閥、制冷電子膨脹閥關閉），經過壓縮機壓縮的高溫冷媒流經電池包板式換熱器，對低溫的電池進行加熱。加熱后冷媒溫度降低，流經板式換熱器，吸收電驅回路的熱量，實現余熱回收。若此時乘員艙也有加熱需求，只需將采暖電子膨脹閥開啟，部分高溫冷媒流經車內冷凝器，向乘員艙放熱，之后與電池加熱冷媒在板式換熱器前匯合，繼續參與循環。若環境溫度很低，系統開啟PTC輔助乘員艙采暖。

4" 總結

本文介紹了純電動汽車動力電池冷卻和加熱的不同方式，列舉了某款純電動汽車基于熱泵空調整車熱管理系統的案例。設計人員在進行動力電池熱管理設計時，可以參考本文描述的技術方案，合理設計車輛熱管理系統，提升整車熱管理水平，實現節能、舒適性和安全性的有機統一。

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（編輯" 凌" 波）