热管理系统——汽车&电池

前言

Thermal Management System / TMS——

热量 & 管理 & 系统，即热管理系统。

在提升汽车“安全性、舒适性、节能性、经济性和耐久性”上，热管理系统发挥了出色的作用，在新能源这条赛道上俨然占据不可或缺的地位。本文简易地介绍了关于新能源汽车以及动力电池的热管理系统。

1.汽车热管理

汽车热管理是指通过整体的统筹、局部的规划——有效地控制车体内部热量的传递，以保障车辆乘用过程中地舒适；同时把控电池、电机、电控等部分的最佳温度工作区间，以实现整车安全有效地运行。通过车辆地热管理系统，最终达到经济性/节能性等多重提升。

汽车热管理系统主要部分

热管理方式——

l 空调        使用制冷剂、压缩机、PTC、热泵。

l 电机/电控   使用风冷、水冷。

l 发动机      使用水冷、风冷、油冷。

l 动力电池    使用水冷、风冷、直冷。

风冷、水冷、油冷和直冷之间的区别——

1.风冷散热的介质是空气，通过风扇、扇热片、热管等，引入冷空气、带走热空气/热量；

2.水冷散热的介质是冷却液，通过水泵、水管、冷头等，随冷却液内外的循环实现散热；

3.油冷指利用车身机油通过机油散热器散热；

4.直冷则是通过冷却液直接蒸发、带走热量。

2.电池热管理

新能源汽车正在逐渐摆脱燃油的限制，甚至对于纯电动汽车而言，已经可以实现完全使用电能作为动力源来驱使汽车行驶。而这些都离不开作为储能单元的核心——动力电池。为保证汽车长期有效的使用、乘务人员的人身安全，确保动力电池合理可控的有效运作，至关重要。

为此，首先需要了解一下，极端温度环境会如何影响动力电池正常工作？

Ø 高温

高温环境会加快电化学反应速率。一方面，高温下会加快电解液的蒸发，长时间会影响锂离子的传导；另一方面发生过充现象的概率增加，减少电池的循环寿命。

严重情况下，当温度过高、热量无法及时排除，电池很容易失控、发生燃烧/爆炸现象，导致整个储能系统崩溃。

Ø 低温

低温环境会减低电池活性、导致电化学反应的速率减慢。随电池内阻的增加，电解质中锂离子迁移的速率也会降低，能量损耗增加。

总的来说电池充放电受到一定程度的限制，且由于放电输出功率的下降，表象地体现在“汽车启动时间延长、启动后动力降低”。

当温度 < 0°，会增加“析锂”现象发生的概率升高。锂离子无法完全嵌入到负极材料，参与到充放电的电化学反应的锂变少，锂枝晶的进一步形成，其电池容量会越来越少。严重情况会导致短路、电池爆炸。

对于低温环境，可以采用PTC加热手段。通过电池组组装成电池包时，在模组周边安装PTC材料，可以有效保障加热的安全性；还可以通过在液冷系统基础上增装液热功能，充分运用空间的同时、实现散热与加热的自由切换。

对于高温环境，依旧采用风冷+水冷+直冷的方式。

Ø 风冷

被动风冷，电池内外的空气直接进行交换；主动风冷，先对外界空气进行冷却处理，再交换操作。这两种方式都是利用风扇/风机以及蒸发器，实现电池热量的转移。

Ø 水冷

浸没式液冷，单体电芯或电池模组浸泡在冷却液中，充分均匀散热；加设冷却通道/冷却板，配合压缩机、交换机和水泵，实现冷却液的循环、带走热量。

现在电池包水冷的主流，依旧是使用冷却板。其迭代更新，也在致力于导热率的提升——

1.提高冷板自身材料的导热率；

2.提高冷板与电芯间的导热率；

3.合理设计冷却板以及流道。

对于大面积的软包电芯铺排，可以设计并行流道，充分利用有效空间；

对于圆柱电芯，可以设计串行流道，搭配蛇形冷却板，实现冷却液在流道中流动、带走热量。

Ø 直冷

通过在电池系统中加设蒸发器，利用蒸发吸热的原理，配合制冷剂实现热量高效且快速的转移。

尾言

关于新能源汽车以及动力电池的热管理系统，文章展示的还只是冰山一角。如有错误，欢迎指正。当然读者想了解更多，欢迎在评论区留下感兴趣的部分，也希望不吝动动手指、点下关注。小编将搜集整理好资料，普及更多新能源知识。

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