车辆工程技术
汽车动力系统
55车辆技术
  本文首先介绍锂离子电池产热机理以及温度对其性能的影响，说明电池组热管理的重要性及热管理系统设计要求；对常见热管理技术手段进行阐述，指出热管技术的优势并重点介绍基于热管技术的电池热管理研究；最后，提出基于热管技术的电池热管理研究中需解决的关键问题及研究展望。
1　锂离子电池产热特性与热管理需求
  锂离子能在电池中的充放电化学过程它在本质上就是电池离子能的迁移与放电化学反应，在电池层状金属结构中的碳纤维材料和层状金属的氢氧化物之间内嵌并从人和人中脱出，正常电池工作温度条件下，电池内生产热能的来源主要包括欧姆热、电化学反应热和放电极化热。随着工作温度不断升高，电池内部可能发生的是一系列的充放热和电化学反应，包括正极电解液的热分解、负极热分解、负极与外部电解液的放热反应、膜层的分解和热反应等，过高的工作温度变化可能直接导致放电热反应失控，不同工作温度下检测电池内部可能发生的不同反应。温度也会引起您的电化学性能迅速变化，从而直接影响您的电池正常使用性能与电池寿命。有研究结果表明，索尼18650锂电池在25c每次循环持续工作800次后电池容量寿命损失速度为30%，而在50c每次循环持续工作800次后电池容量寿命损失速度接近60%，过高或过低的电池存储空间温度也可能会直接导致索尼锂电池持续容量寿命衰减，加速电池老化。
2　电池加热技术
  外部直接液体空气加热主要加温方法一般包括直接液体内部空气直接高温加热方式加温法和直接外部液体储能电池直接加热法。前者主要方法采用外部液体空气电热丝直接进入加热后的液体内部空气进而直接高温加热外部液体储能电池，温度均匀但直接加热期间能耗较高。后者通过小型高压液体加热小型电池组主流道内的大量高压液体进而给整个小型电池组液体进行高压加热，结构较复杂且高压液体沿着升温方向移动时的速度较慢。除上述基于小型高压对流的多种高压液体加热对流管理保温方式，亦可能是通过一种采用基于一个ptc或小型对流大功率膜的对流高压加热保温管理膜直接对整个小型电池组的液体表面进行液体加热进行小型对流管理加热，该对流管理加热方式对整个小型电池组的对流散热管理性能只会造成一个——不确定量的直接影响。此外，也有人发现了还有一种方法利用基于一个pcm小型对流高压吸热/小型高压对流放热管理工作室的原理对其在整个电池内部液体进行热处理固化保温管理的多种加热方法。
3　电池系统运行产热工况及其对系统传热的影响问题研究
  系统即在电池产热温度逐渐升高至热管冷端启动时的温度之前，热管以应变管壳潜水导热的阻力形式继续传递电池热量，当电池温度逐渐上升至热管启动时的温度，管内的热工质管就开始逐渐利用相对应变潜水导热方式吸热，从而逐渐增大其管壳导热阻力系数，使管型电池产热温度逐渐趋于稳定。这
项研究结果表明，电池在恒定的倍率初始放电温度情况下从初始热管放电至冷端温度变化达到稳定所应要需散热时间约400--2000s，与管型电池初始放电温度倍率、热管冷端以及散热使用条件等影响因素密切有关第二管型电池冷端产热热效率随电池放电温度倍率非线性化而增加，热源使用条件的温度变化不同导致热管热阻不同，达到稳定时间的温度变化分布也不同。此外，冷端热管换能的热量越大，热管温度达到稳定所应要需的散热时间也就越短且稳定所需温度越低。电动汽车运行环境复杂多变，随时面临加速、滑坡、急刹等情况，动力电池热特性与稳态工况有较大不同，稳定和非稳定运行工况下电池温度及温差变化规律的差异。研究者采用时变发热功率模拟车用行驶工况，比较了翅片风冷和基于热。管的翅片风冷两种情况下发热模块温度波动情况，表明采用热管耦合翅片风冷的电池温度较低，且温度波动相对较小，然而在变化过程中，温度与热流密度变化趋势并非一致，受到热惯性的影响，产热率突降而温度继续升高随后降低。
4　总结与展望
  目前采用热管系统作为动力电池汽车散热/动力加热主要元件的技术研究已经开始取得显著技术进展，但是随着目前电动汽车对热能源管理应用系统技术要求的不断提升，热管的实际应用目前还主要存在几十个方面一些问题极其有待研究解决:
  （1）动力电池实时温度与其实际动态车用产热管理工况密切关联相关，进一步的温度研究可以应用
于结合实际分析车用产热工况，制定有效的电池实时温度控制策略，从而真正实现高效、低能耗动力电池热能源管理。
  （2）热管系统传热性能方面，由于目前影响热管系统传热物理性能主要因素众多，需要通过综合分析考虑热管系统内部结构传热设计及其在动力电池组应用中的整体布置传热方式，优化其在实际使用传热过程系统中的整体传热物理性能，特别主要是针对各种平板电脑类型热管的整体传热性能特性进行分析及系统优化传热设计技术研究，是将来学术研究的主要重点之一。
参考文献：
[1]Zhang SS,Xu K,Jow T R.The low temperature performance of Li-ion batteries.J Power Sources,2003(115):137-140.
[2]Wu M s,Chiang P c J.High-rate capability of lithium-ion atteries after storing at elevated temperature.Electrochim Acta,2007(52).
基于热管技术的动力电池热管理系统
研究现状及展望
张宝鑫
（安徽江淮汽车集团股份有限公司，合肥 230601）
摘　要：电池热管理是发展高性能动力电池系统的关键技术之一，也是工程热物理领域研究前沿和热点。本文介绍锂离子动力电池热特性，阐述热管理对动力电池的重要性。介绍动力电池热管理主要技术手段，重点介绍热管技术应用于电池热管理的研究现状，从电池运行工况对系统传热的影响研究、热管传热特性分析与设计、热管理系统散热结构设计与传热分析及采用热管的电池加热研究等方面阐述当前基于热管技术的电池热管理研究现状。最后，总结当前研究存在的不足及需要突破的关键问题，以期促进先进动力电池热管理系统开发。
关键词：锂离子电池；热管理；热管；强化传热；低温加热