中國粉體網訊  隨著國際市場對化石能源的消耗日益增加，為了解決環境惡化的問題，世界各國不斷調整相應的能源結構，以期改變對化石能源的依賴，其中電動汽車的推廣成為重要的組成部分，與傳統汽車相比，電動汽車具有節能環保、能量利用率高等特點。如果電動汽車能夠得到大力推廣與使用，將極大地緩解當今日益突出的能源問題。

自上世紀90年代起，為了搶占市場國外許多汽車企業在電動車的研發和推廣過程中投入了大量的資源。世界各國政府也相繼出臺了相應的政策扶持電動汽車市場的發展，比如美國主要采取的措施：新一代的汽車伙伴關系計劃；自由汽車合作伙伴計劃。日本主要采取的措施：著力研發低排放量的汽車；日本氫能和燃料電池示范工程。歐盟主要采取的措施：著力研發電動汽車的燃料電池的關鍵技術；燃料電池發展示范計劃；燃料電池公共汽車示范項目；電動汽車的城市分布系統方案。中國主要采取的措施：電動汽車、燃料電池汽車以及中國863電動汽車研發計劃；中國973電動汽車專項規劃。

當前電動汽車主要分為3種類型:燃料電池汽車、純電動汽車以及混合動力汽車。其中燃料電池汽車主要以氫燃料電池為主，其發展主要受到儲氫材料的制約。混合動力汽車的發展前景并不明朗，目前發展較快的主要是以鋰電池為動力源的純電動汽車。然而在鋰電池電動汽車迅猛發展的今天，隨著市場上純電動汽車保有量的不斷增加，鋰電池的熱安全問題逐漸限制純電動汽車的發展。

動力電池是電動汽車的基礎，其熱特性是影響電池安全、壽命和使用安全的重要因素。在使用過程中，伴隨著能量的交換和轉移，電池組自身也產生熱效應，這種熱效應如果沒有進行合理的控制，容易造成產熱不均、溫度分配不均、電池間溫差較大等問題。長此以往，必然會導致部分電池系統的充放電性能、容量和使用壽命等下降，從而影響電力驅動系統的性能，嚴重時甚至會引發熱失控危害駕駛人的生命安全。

那么溫度對鋰電池究竟有著怎樣的影響呢？根據相關資料，溫度對鋰離子電池的影響主要集中在以下幾個方面：

1.容量衰減，溫度的變化直接影響鋰電池內部材料的性質和結構，進而影響鋰電池容量的變化；溫度越高內部材料的臨界失效越嚴重，電池的容量衰減也越快。

2.熱失控，在鋰電池工作過程中因為鋰電池自身的熱阻效應，會產生發熱現象，如果不能很好的對這種熱效應進行處理，大量熱量會積聚在電池內部，誘發有害化學反應的增加，進而引起連鎖反應使電池的發熱現象失去控制，嚴重時會引起電池鼓包甚至爆炸。

3.低溫特性，低溫狀態下，鋰電池內部的導電介質受到影響，其導電能力受到削弱，放電過程中電極兩端的能量交換效率降低而充電過程中的效率受低溫的影響并不十分明顯，因此會產生過充現象導致電極附近出現鋰枝晶現象，進而影響鋰電池的各項性能指標，嚴重時甚至刺破隔膜造成短路引起火災或爆炸。

鋰離子電池的最佳溫度區間、工作溫度區間和可承受溫度區間分別為10～35℃、-20～45℃和-40℃～60℃。10～35℃這一溫度區間為鋰電池的理想工作狀態。在-20～45℃區間內鋰電池壽命衰減較小，仍能夠正常工作。然而，當溫度在-20～-40℃內時，電解液可能會凝固，阻礙鋰離子的流動，導致阻抗增加，電池容量明顯下降。當溫度超過60℃時，鋰離子的化學特性開始變得越來越不穩定，電池內部有害化學反應速率較高，可能會破壞電池，嚴重時會發生事故。

鋰離子電池3類工作溫度

為了使鋰電池電動汽車的安全性得到充分的保障，如何對鋰電池熱效應進行有效的控制成為一個不可忽視的問題。在探索如何處理鋰電池熱效應的過程中，科研工作者和工程師們不斷貢獻自己的智慧，開拓出多種多樣的方式。

如何對鋰電池進行有效的熱控制呢？總體的思路是從源頭開始，貫穿整個產業鏈，在每個細節都嘗試進行控制。從電池機理上入手的探索思路是開發新的電極材料和介質材料，使用更高效、穩定的材料進行鋰電池的生產開發，從源頭保證鋰電池的安全應用。然而當前的科研工作還不能很好的滿足生產生活需要，如何在現有的產業基礎上對鋰電池進行安全優化便成為焦點。

目前主流的鋰電池熱管控方式主要分為以下幾種：空氣冷卻、液體冷卻、熱管冷卻、基于相變材料的冷卻方式。這四種鋰電池的熱管控方式各有特點。

典型熱管控技術的特點

空氣冷卻主要是以空氣為介質進行熱交換，通過空氣的流通來對發熱的鋰電池組進行降溫處理，根據空氣流動的方向和制冷結構布局，可以將空氣冷卻方式簡單的分為串行和并行兩種冷卻方式。按照空氣的驅動方式又可以分為自然通風和強制通風。空氣冷卻的熱控制方式具有結構簡單、輕便、壽命長、可靠性高、成本低等特點，然而空氣的比熱容較低，空氣冷卻難以處理大量的熱量，因此其應用具有一定的局限。早期的電動汽車多選用這種技術。

串行空氣冷卻  

 并行空氣冷卻方式

液體冷卻是以液體作為導熱介質進行的熱量控制方式。根據是否與電池接觸，可以分為非接觸式和非接觸式；根據液體流動的驅動方式可以分為主動式冷卻和被動式冷卻；根據液體的流動通道又可以分為管式液冷、板式液冷。與空氣冷卻的方式相比，液冷系統的結構復雜、成本較高。但是相交于空氣，液體導熱介質的比熱容有著更大的調整空間，其散熱效率和散熱速度也更可觀。目前電動汽車主要應用液體冷卻系統來進行鋰電池熱管控。

主動式液體冷卻方式

被動式常規液體冷卻方式

板式液體冷卻方式

熱管冷卻的冷卻模式類似于空調的制冷機理，按照其傳熱機理可以將制冷系統分割為蒸發端、絕熱端和冷凝端三個部分。在冷卻過程中主要依靠冷卻介質發生相變來實現換熱過程，相較于液冷系統熱管冷卻具有更高的散熱效率和散熱速度。同時因為冷卻介質密封于密閉空間，降低了導熱介質泄漏的風險，熱管具有更高的安全性。然而熱管制冷的成本較高，性價比較低，比較適合應用于經常工作在高倍率工況的鋰電系統。

基于相變材料的冷卻體系是指利用在特定溫度下發生相變吸收或釋放能量的材料，通過材料的熱量變化來保持鋰電池系統維持在一個適宜的溫度區間。相變冷卻具有結構緊湊、接觸熱阻低、冷卻效果好等優點，然而相變材料吸收的熱量需要依靠液冷系統、風冷系統、空調系統等導出，否則相變材料無法持續吸收熱量導致失效。此外，相變材料占空間，成本高。因此，相變冷卻技術多和其它熱管理技術結合起來使用，能起到均勻電池溫度分布、降低接觸熱阻以及提高散熱速度等作用。

在鋰電池的熱管控探索中，除了從電池材料到導熱方式的革新之外，還應該有一套維持電動車所有蓄電池組件的工作，并使其處于最佳狀態;采集車輛的各個子系統的運行數據，進行監控和診斷;控制充電方式和提供剩余能量顯示等職責的能量管理系統。因此，研究新的動力傳動配置和控制器以及更具有通用性的能量管理系統已經成為目前的發展方向。

參考資料：

鐘國彬，大容量離子電池儲能系統的熱管理技術現狀分析

楊洋，純電動汽車鋰離子電池組液冷散熱系統研究

許志龍，電動汽車動力電池的發展與溫度管理現狀研究

劉卓然，國內電動汽車發展現狀與趨勢

（中國粉體網編輯整理/江岸）

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