Temperature T/℃
40 35 30 25 20 15 10
5 0
0
a q
b
电池组无发热响应
Coolant average temperature Battery group average temperature Temperature difference
300 600 900 1200 1500 1800 Time t /s
全隐患。
• Pesaran 等人提出电池最佳的工作温度
范围是 25 ~ 40℃，合理的温度是不高
于50℃。
• 电池温度极低时（如0度以下），放电
过程实现困难。
科学问题
•低品位热源的高效散热技术 •低温条件下的预热
背景—电池热管理技术现状
空
•车厢内的空气
冷
•空调制冷后的空气
•强制对流
相
变
材
液
料
冷
制 冷 剂
50 45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
0
50 45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
0
冷却响应
Temperature T/℃
Co olant
t emp erature
50
average
45
Ba ttery
t emp erat ure
40
average
35
Temperature ference dif
1.2
Heat transfer performance per heat pipe qhp /W/℃
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0 0 300 600 900 1200 1500 1800 Time t /s
单热管传热性能：0.86 W/℃
热管式电池热管理技术—台架性能研究
Temperature T/℃
To face
Liquid vapor separator
RV3
Return air
RV4 T P
T
TP
EXV2 m EXV3 T P P
To feet
Battery chiller T
PTC heater
T
TP
Td v Td
Coolant T m
Td
WV2 WV1 T
Pump
Fan
exchanger
-21.58 1.37
--
Super-heating temperatu.36
--
--
Condensing temperature (℃)
41.18 41.58 55.4 54.31 20.78
58
Sub-cooling temperature (℃)
0.3
0
7.36 1.98 21.62 9.45
Qp -Preheating heat by PTC
Qc -cooling heat by battery chiller
Pump
Qci –Coolant internal heat variation
Qbi Q
cb mb cm
Tba Tcta
Qg Qt Q Q
Q
ci
cc
t
p
c
t
qhp
Qt nT
35
35
45
45
-20
-20
In-car temperature (℃)
27
27
45
45
-20
20
EXV1 opening (%)
0
0
0
0
100
100
EXV2 op电enin池g (%冷) 却环路的增加，压缩机输84 入功8变4 化很6小3 ； 63
0
0
EXV3 op3en5in/g2(7%工) 况下，系统总制冷量增0加19.8440%，CO0P增加9了0 18.600%； 0
Heat Q/W
250 200 150 100
50 0
-50 0
-100
Internal heat variation of coolant Internal heat variation of battery group
300 600 900 1200 1500 1800 Time t /s
电池组综合比热容1.24 kJ/kg℃
-- 25.36
--
63.96
--
--
Battery chiller cooling capacity (kW)
--
1.09
--
2.31
--
--
Theoretical compression power (kW)
1.04 1.24 1.43 1.75 0.45
0.86
Actual input power (kW)
背景—电池热管理技术现状—空气
•车外空气冷却
•车厢内的排风冷却
•空调制冷后的空气冷却
本田，NISSAN LEAF, Audi
背景—电池热管理技术现状—空气
Insight
Prius
背景—电池热管理技术现状—液体
背景—电池热管理技术现状—液体
雪佛兰VOLT
背景—电池热管理技术现状—液体
Audi A3
Cabinet refrigerant flow rate (kg/h)
135.16 134.0 192.01 180.4 43.2 47.56
Cabinet cooling/heating capacity (kW)
5.24 5.19 7.22 6.61 2.96
2.75
Battery chiller refrigerant flow rate (kg/h)
2016年新能源汽车空调系统发展创新论坛
电动汽车动力电池热管理技术
邹慧明 中国科学 院理化技术研究所
背景
• 缓解能源环保压力 • 加快产业结构调整 • 提升汽车业制造水平
热管理系统
低技 碳术 环难 保题
无发动机余热——采暖问题 电池、电机等温控问题 系统空间的局限性
电动汽车安全高效舒适运行的重要保证
背景—电池基本原理
•电解液、正、负极、膜、粘合剂等化学分解产生的反应热 •电池内阻存在而产生焦耳热
背景—电池热力特性
•温度对电池的性能和使用寿命具有很大的影响
• Sato 等人研究表明，当电池温度高于
50℃时，放电 效率和使用寿命都会有很
大的衰减。
• Khateeb 等人指出锂电池温度在70-
100℃范围运行时，就会存在很大的安
热管式电池热管理技术—单体性能研究
单体电池发热量最大处在电池单元的下半部分和正极部分
锂电池放电发热量 （16.5 A h , 3 .2 V )
放电状态
放电电流
最大持续放电
最大瞬 间放 电
0.2C 0.4C
1C 2C 3C 4C
5C 6C
放电电流 值 (A)
3.3 6.6 16.5 33 49.5 66
10
5
0
300 600 900 1200 1500 1800
Time t/s
0
45℃/33%
Coolant average mperature te
Battery average te mperature
Temperature ence differ
300
600
900
Time t/s
1200
35℃/60%
50
外径 (mm)
10
厚度 (压扁部分) (mm)
4.5
有效孔隙半径 (µm)
40
孔隙率
0.45
吸液芯材料
铜
吸液芯型式
烧结
工作介质
水
折弯角度
900
折弯半径 (mm)
20
翅片型式
环形
翅片高度 (mm)
5
翅片厚度 (mm)
0.5
翅片数量 (带翅片的)
10
壳体内部充入Atonal324液体，壳体内部设置
电加热棒，通过电加热模拟电池的散热量
热管式电池热管理技术—单体性能研究
动态循环响应
动态循环方案示意图
方案1，6C发热功率高达88.04W，但时间只 有短短的10s，总发热量并不大； 经过900s最大持续放电工况后温度达到最高 值63℃；翅片型峰值下降了近6℃； 充电工况，电池发热量显著降低，至充电完 毕时温度下降到接近35℃； 方案2，电池发热功率小，放电终了的温度 在41℃左右，充电过程中，温度下降到35度左 右； 试验时每组循环中电池产生的热量都能被热
热管式电池热管理技术—台架性能研究
Fan T P evaporator
m
Condenser PTC
TP TP
TP
RV1 RV2
T P EXV1
TP
Fresh air
Td
v
Td
TP TP
Compressor
Heatpipe battery heat exchanger box
To glass
Td Td
管带走，达到很好地热管理效果。
热管式电池热管理技术—单体性能研究
低温唤醒响应
热管在低温环境（-15℃和-25℃）中持续14～16小时的状态，并给出了加热被“唤 醒”的响应过程。可以看出热管可以很快被“唤醒”，并进入工作状态
热管式电池热管理技术—单体性能研究
预加热响应
不带 翅片
带翅片
采用温度为40℃的加热介质，其预热所需时间比采用20℃的要快很多，达到所考察的温度点的 时间只有1/3左右； 增加翅片后电池预热时间大大缩短，约1/4—1/3时间，加热介质温度低（20℃）时效果更明显。