鉅大LARGE | 點擊量：553次 | 2022年07月18日
動力鋰電池熱管理領域的一顆"新星"
動力鋰電池是電動汽車的"心臟"，在方方面面影響著汽車的性能：能跑多少公里？最大加速度是多少？壽命如何？當然還有更重要的安全性能，上述問題均是電池不可推脫的責任。
諸多因素影響著動力鋰電池的性能，"幫兇"之一便是溫度。電動汽車主們都深有感觸，談"溫"色變。拿某款電動汽車型來說，明明有350公里的續航里程，到冬天后只剩原先的70%，很多人舍不得打開空調取暖，生怕影響到駕駛里程。實際上，高溫也同樣帶來電池的損害。公開的研究數據表明，一節索尼18650電池在55℃條件下循環500次，容量衰減近70%。
此外，電池之間溫度的差異帶來的"短板效應"也是造成性能衰退的重要因素。雖然有關不同體系的動力鋰電池，其最佳工作溫度區間不同，但是無論如何，該區間通常遠遠窄于運行的溫度區間。因此，有必要通過設計合理的熱管理系統，控制電池工作在適宜的溫度范圍內，并有效控制溫差，從而提高電池性能。
當前的電池熱管理方法有許多，諸如大家熟知的風冷散熱以及液冷散熱。由于空氣對流換熱系數相對較低，且強制風冷可能帶來較大的溫度差異，因此許多汽車廠商傾向于采用液冷板散熱方法帶來更好的用戶體驗。然而，隨著動力鋰電池能量密度不斷提高、快速充電要求的提高以及對壽命要求的提升，迫切要發展新的熱管理技術來解決當前的技術瓶頸，熱管這種高效導熱元件便是未來高性能動力鋰電池熱管理系統最佳選擇。
什么是熱管？
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
熱管是一種依靠氣液相變原理的高效傳熱元件。液體工質在受熱端蒸發汽化,在壓差驅動下流向另一端并在冷凝段凝結放熱,冷凝后的工質通過毛細力沿多孔材料返回蒸發段。由于其具有超高的導熱系數，目前已被廣泛應用和能源化工、、電力電子等領域，在動力鋰電池熱管理領域是一顆"潛力新星"。
熱管工作原理示意圖
采用熱管進行電池熱管理的優勢
?散熱效率高
熱管具有極低的熱阻(~0.1K·W-1)和極高的導熱系數(＞1000W·m-1K-1)，其散熱熱流密度可達50W·cm-2以上，換熱能力遠高于依靠強制風冷或單相流體對流換熱方法。
?加熱速率快
公開的研究數據顯示，通過熱管導熱對電池進行加熱，其升溫速率是傳統PTC加熱升溫速率的1.5倍。30W加熱功率下可在3分鐘內升溫20℃，若功率為70W，則可在2min內升溫40℃，因此可大大縮短寒冷環境下電動汽車啟動時間。
?均溫性能好
研究顯示，一根長度為1m的微通道熱管，在一端進行加熱，其沿長度方向的溫差不到2℃；一個380cm2的平板熱管中心處施加一個面積為1cm2、產熱量20W熱源，整個表面的溫差也在2℃以內，體現了熱管優異的均溫性。
?安全性好、可靠性高
采用熱管的電池包內無需通入水路循環，實現水、電分離，具有更高的安全性。此外，系統整體結構簡單，維修方便，因此系統可靠性更高。
當前，許多熱管理行業的學者及工程師們將目光聚焦于熱管技術，展開了一系列理論和實驗研究。已有的研究包重要涉及：動力鋰電池產熱特性對熱管傳熱的影響分析、針對動力鋰電池的熱管設計方法研究、熱管理系統散熱結構設計方法研究，以及采用熱管的電池低溫加熱研究。已有的研究驗證了熱管的可靠性和應用價值，但是隨著電動汽車對熱管理系統要求的提升，熱管的研究仍有待進一步深入：
進一步結合實際車用工況，對熱管散熱制定有效的實時控制策略，實現高效、低能耗電池熱管理。
充分考慮熱管結構設計及其布置方式，優化傳熱性能，特別是針對平板類型熱管的性能分析及結構設計優化。
綜合系統熱、電特性以及系統能耗和輕量化等指標，提出熱管理系統多目標優化方法。
低溫環境下的加熱策略研究有待進一步深入。
《科學通報》2019年第7期發表清華大學汽車安全和節能國家重點實驗室張揚軍課題組撰寫的文章"基于熱管技術的動力鋰電池熱管理系統研究現狀及展望"，針對車用動力鋰電池熱管理熱點問題，綜述了熱管技術在動力鋰電池熱管理系統中的應用及研究現狀，總結現有研究存在的不足及要突破的關鍵問題。
