一、鋰離子電池具有溫度敏感性

電動汽車依賴鋰離子電池的動力，因為就體積和質量而言，這種電池的儲電量是鉛酸電池的三倍。這對電動汽車來說是一個重要參數，因為電池體積越小、重量越輕，車輛的預期續航里程和性能就越高。但鋰離子電池內部的化學組分——鋰、鎳或鈷，以及石墨、銅和鋁——對溫度非常敏感。

鋰離子電池的最佳性能發揮溫度范圍在10°C至25°C之間。電池儲存溫度越高，其自放電速度就越快。在大多數情況下，冰點以下的溫度不會顯著損壞鋰離子電池（因其不含水分），但低溫同樣會降低電池性能。

二、熱管理系統的必要性與核心目標

由于牽引電池（即動力電池包）由數百個電芯組成，其內部的溫度分布并不均勻。因此，熱管理的必要性毋庸置疑，但如何建立一套系統，始終將所有電芯維持在相同溫度，則是制造商們借助智能、全面的數據采集解決方案，在研發過程中不斷探索的問題。

當今最先進的電動汽車牽引電池熱管理系統，通常會在電池系統中集成熱交換器，以保持所有電芯溫度近乎恒定。集成熱交換器非常重要，因為電芯之間過大的溫差會導致其老化速率不同。否則，部分電芯會比其它電芯更熱，從而老化得更快。如果出現較大溫差，整個電池包的使用壽命很可能會縮短。

因此，熱管理系統的開發人員致力于維持電芯間的溫差，目標溫差是控制在2–3°C。在最壞情況下，可接受的溫差可達6–8°C，但這種溫差通常出現在較大的電池包中。

三、影響熱管理系統設計的三大因素

對于熱管理系統的開發，一個至關重要的問題是：電池包可能充電和放電的頻率、速度如何。由于生熱取決于對電力可用性的基本需求，因此了解所謂的“工作循環”非常重要。用于高功率應用的電池包，其生熱量自然會高于用于可再生能源存儲的應用。

另一個重要方面是裝載有牽引電池的車輛使用地域。在環境溫度極高的地理區域，電池將在已經較高的溫度水平下開始其工作循環，從而老化得更快。這一事實必須在熱管理系統開發過程中予以考慮。

影響電動汽車電池熱管理技術的第三個因素是電芯本身的化學成分。根據鋰離子電芯化學成分的不同，其在高負荷和高溫運行下的性能表現各異。

工作循環、地理條件和電芯化學特性共同構成了決策的基礎，決定了在牽引電池熱管理中應選擇何種材料和策略。其他影響參數則由傳熱物理特性決定，這與電池包在車輛內的布局密切相關。必須考慮的三種不同類型的熱傳遞是熱傳導、熱對流和熱輻射，它們的發生取決于熱源及其通過周圍材料分布的不同方式。

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四、主動式熱管理：風冷和液冷

熱傳導指熱量在兩個直接接觸的物體間的直接傳遞；熱對流是熱量通過液態介質傳遞至散熱裝置的過程；而熱輻射則是物質中帶電的電磁熱粒子從一個熱源向另一個熱源的輻射傳熱，該過程通常以空氣為介質。三種傳熱方式均需在電池系統設計中考慮，但熱傳導和熱對流對熱管理系統設計的影響最大。

對于主動式熱管理而言，關鍵是通過空氣、液體或制冷劑等介質來阻止熱量積聚或實現散熱。這些介質會在電池包內流通并流經電池單體，從而降低其溫度。

主動式熱管理最常用的兩種方案是風冷和液冷。

風冷系統的優勢在于能快速響應溫度變化，且重量低于液冷系統；同時，冷卻氣流可直接流經電池單體，實現熱量消散。但風冷的缺點也很明顯：散熱效率不及液冷，且受氣流設計影響，可能出現散熱不均的問題。處于氣流前端的電池單體冷卻效果較好，而氣流在流經過程中會逐漸升溫，對后端單體的冷卻效果會大打折扣。這種冷卻不均會導致電池單體老化速率差異，進而縮短電池包壽命。

相比之下，液冷系統的優勢是散熱效率高，能快速將電池單體的熱量導出；且系統中若配備加熱元件，還可在低溫環境下為電池單體保溫。但液冷系統也存在兩大弊端：因介質質量較大而整體重量偏高，且存在電池包內冷卻液泄漏的風險，這些都是研發人員需應對的挑戰。

五、被動式熱管理：材料與結構設計

被動式熱管理則無需向電池包內通入空氣、液體等冷卻介質，即可降低電池單體的溫升。其實現方式是通過結構設計和材料選型，抑制電池單體內部及單體間的熱量擴散。例如，采用鋁制或金屬外殼，可將電池單體的熱量傳遞至殼體并分散，再通過殼體向外界輻射散熱。另一種依托電池包外殼設計的被動冷卻方案，是在殼體表面增設散熱鰭片。車輛行駛時，鰭片可強制氣流流經電池包，從而實現散熱。

被動冷卻的另一類材料選擇是相變材料（PCM）。相變材料的特性是會隨環境溫度變化呈現不同的聚集狀態，受熱時通常會經歷從固態到液態的相變過程。在被動熱管理系統設計中，相變材料一般為固態塊體（多以石蠟和石墨為基底），經加工或模塑后填充在電池單體之間。當電池單體升溫時，相變材料會吸收熱量并通過軟化或熔化實現熱量分散。由于相變過程需消耗大量能量，因此相變材料是一種高效的被動冷卻方案。

六、總結

隨著電動汽車結構和電池包電氣性能的持續發展，熱管理系統也在不斷演進。因此，在熱管理系統設計和電池熱管理測試階段，精準的溫度測量必不可少。對于后續的研究、分析和研發工作而言，一套安全、精準且易用的溫度測量系統，是為電動汽車牽引電池選擇合適的主動 / 被動熱管理材料與設計方案的關鍵工具。