在电动汽车中，冷却系统主要分为两部分：一是对动力系统的驱动电机、车辆控制器和DC/DC等部件冷却，二是对供电系统的动力电池和车载充电器冷却。本篇探讨动力电池冷却系统。
目前，电动汽车动力电池为锂离子电池，锂离子动力电池的性能对温度变化较敏感，车辆上的装载空间有限，车辆所需电池数目较大，电池均为紧密排列连接。当车辆在高速、低速、加速、减速等交替变换的不同行驶状况下运行时，电池会以不同倍率放电，以不同生热速率产生大量热量，加上时间累积以及空间影响会产生不均匀热量聚集，从而导致电池组运行环境温度复杂多变。
动力电池的冷却性能的好坏直接影响电池的效率，同时也会影响到电池寿命和使用安全。由于充放电过程中电池本身会产生一定热量，从而导致温度上升，而温度升高会影响电池的很多特性参数，如内阻、电压、SOC、可用容量、充放电效率和电池寿命。
为了使电池包发挥最佳性能和寿命，需要优化电池包的结构，对它进行热管理，增加散热设施，控制电池运行的温度环境。
主要冷却方案
不同的热管理系统，零部件类型的结构不同、重量不同以及系统的成本不同和控制方式不同，使得系统所达到的性能也不相同。在进行电池包热管理系统类型设计选择时，需要考虑到电池的冷却性能需求，结合整车的性能以及空间大小，系统的稳定性和成本高低也是要考虑的因素。
图表1 不同电池冷却方案优劣势比较
不同冷却系统工作示意
1、风冷
国内外电动汽车电池组的冷却方式上主要有以下几种：空气冷却、液体冷却、热管冷却。目前空气冷却方式仍然是主要采用的方法，空气冷却比较容易实现，但冷却效果不佳。
图表2 典型风冷系统工作示意图
2、液冷
液体冷却有较好的冷却效果，而且可以使电池组的温度分布均匀，但是液体冷却对电池包的密封性有很高的要求，如果采用水这类导电液体，需用水套将液体和电池单体隔开，这样不仅增加了系统的复杂性而且降低了冷却效果。
一般冷却系统都是安装在电池组模块附近，原理和空调的制冷原理相似，冷却系统通过管路和单个电池模块相连，管路里循环流动冷却液(一般是乙二醇)，将单个电池模块的热量带走，冷却系统将乙二醇制冷，多余热量通过风扇排到外界，而乙二醇再次循环进入电池模块，继续吸收电池散发的热量。
图表3 典型液冷系统工作示意图
3、热管技术
热管技术可以满足电池组的高温散热与低温预热双工况要求，响应快，温度均匀性好，作为电池组新的冷却方法被提出后，有了一定的发展，且作为产业研究的重点方向，但是受到布置和体积的限制，目前还没有实车使用。
图表4 热管技术工作示意图
从现有电动汽车动力电池冷却方式来看，风冷一直占据主要的位置，尤其是日系电动汽车，基本采用风冷系统。随着应用环境对电池的要求越来越高，液冷也成为车企业的优先方案，如特斯拉、宝马等品牌。我国主流电动乘用车企业也开始转向液冷系统，从中长期趋势来看，液冷将占据主流。
电池包冷却系统主要组件
不同的冷却系统有相对应的冷却组件：风冷系统主要部件为风机，液冷系统主要部件为冷却板。
风冷系统组件：冷却风道、风机、电阻丝
风机的选型直接影响电池包空冷系统的冷却效果。风机的选型要求如下：根据电池的热生成速率确定空气流量；满足每个模块的温升要求；基于系统所需空气流量以及系统的压降曲线选择满足要求的风机。
液冷系统组件：水冷管道、冷却泵、冷却阀、冷却板
冷却板作为电池包液冷系统中最关键的零部件之一，冷却板的选型至关重要。冷却板的选型必须满足如下要求：冷却板的压降必须满足客户要求；冷却水流动的一致性要求；爆破压力要求；冷却板的机械要求；冷却板必须通过振动和冲击载荷测试；冷却板必须满足公差要求以及空间尺寸要求。
电池冷却系统组件生产企业众多，主要部件大多由传统电气企业提供，目前电池管理系统企业及PACK组装企业也有涉及定制化产品的生产。
典型车载冷却方案
1、宝马i3
从动力电池系统角度来看，i3自2013年11月份上市以来，共进行了一次升级，即在2016年电量由22kWh，提升为33kWh，电量提高50%，这一次升级，保持了电池包体积、结构不变。宝马i3的热管理采用直冷方案(也有液冷方案)，制冷剂为R134a。
图表5 宝马i3冷却系统
2、特斯拉
每一辆特斯拉都有一套专门的液体循环温度管理系统围绕着每一节单体电池。“冷却液”呈绿色，由50%的水和50%的乙二醇混合而成。“冷却液”不断地在管道中流动，最终会在车辆头部的热交换器散发出去，从而保持电池温度的均衡，防止电池局部温度过高导致电池性能下降。
特斯拉的电池热管理系统可将电池组之间的温度控制在±2℃，控制好电池板的温度可有效延长电池的使用寿命。
Module之间的水冷系统采用的是并联构造而不是相互串联，其目标在于确保了流进每个Module的冷却液有着相近的温度。
图表6 特斯拉Model S冷却管路
3、日产LEAF
日产汽车公司的LEAF纯电动汽车采用了少见的被动式电池组热管理系统。电池组由192节33.1 Ah的层叠式锂离子电池组成。4节单体电池采用两并两串的连接形式组成模块，48个模块串联组成电池组。
电池组采用密封设计，外界不通风，内部也无液冷或空冷的热管理系统，但寒冷地区有加热选件。LEAF所采用的锂离子电池经过电极设计后降低了内部阻抗，减小了产热率，同时薄层(单体厚度7.1 mm)结构使电池内部热量不易产生积聚，因此可以不采用复杂的主动式热管理系统。
4、通用Volt
通用Volt插电式混合动力汽车使用了288节45 Ah的层叠式锂离子电池。电池组的电气连接可等效为96片单体串联成组，3组并联。
热管理系统采用了液冷式设计方案，以50%水与50%乙二醇混合物为冷却介质。单体电池间间隔布置了金属散热片(厚度为1mm)，散热片上刻有流道槽。冷却液可在流道槽内流动带走热量。在低温环境下，加热线圈可以加热冷却液使电池升温。Volt的电池组内的温度差可控制在2℃以内。
发动机热管理冷却发动机热管理技术：发动机热管理系统是给发动机装一台变频“空调”，使发动机在工作循环时， 保持在最佳温度（90°C）。发动机只有在最佳温度下工作才最省油。发动机热管理技术主要有两个系统 组成：一是冷却智能控制模式，二是风扇智能控制模式。随着计算机技术及发动机电控技术的发展，采用 电子驱动及控制的冷却水泵、风扇、节温器等部件，可以通过传感器和计算机芯片根据实际的发动机温度 控制运行，提供最佳的冷却介质流量，实现发动机冷却系统控制智能化，降低了能耗，提高了效率。 按冷却介质类型划分可分为风冷式和水冷式。风冷发动机基本已经跟汽车划清了界限，因为水冷可以 提供更为稳定的温度环境，在为乘客提供舒适服务方面，风冷发动机也表现得不是那么人性化，至少在冬 天不能像水冷发动机那样为车内提供暖风服务。但是风冷发动机的质量更轻，维护起来也更方便，例如不 用换冷却液，也不涉及到漏水等故障。传统发动机冷却系统的主要部件有水箱（散热器）、水泵、风扇、 节温器、暖风水箱以及储液罐。
奇瑞汽车
发动机起家的奇瑞汽车，在传统发动机的节能减排技术方面一直走在行业前列，其最新下线的第三代高性能发动机，热效率达到了世界先进的37.5%水平。除了采用自主开发的电控系统、优化燃烧室结构、降摩擦等技术外，奇瑞先进的热管理系统也发挥了关键作用。
专业人士都知道,汽车发动机只有在适当的温度状态下，才能保持优良运行状况，燃烧更充分，效率也更高。就像人体一样，体温在37℃时，身体状态最 佳，过低则反应迟缓运转不灵，过高则引起发烧症状。如果发动机运转时温度不够，就会造成燃油燃烧不充分，同时润滑油流动性差，造成摩擦力增加，从而使发动机效率降低并且排放出更多污染物，还会加快组件的磨损。因此，热管理系统的重要作用是使发动机尽快升温，减少其在低温状态下的运行时间，并使其保持恒温。
奇瑞发动机的热管理系统，就像是发动机的“变频空调”。这台“变频空调”运用了诸如开关式水泵、电子节温器、集成缸盖水套、横流式水套等奇瑞最新或独 家技术，使发动机在启动后能够快速升温，降低摩擦功，提高热效率，在实现降油耗目标的同时，减少了污染颗粒物的排放。
以奇瑞热管理系统应用的开关式水泵技术为例，它可以配合电控系统，根据发动机实际运转工况发出的指令，实现对冷却系统水流量的控制。在减少热量损失的前提下，暖机速度提升了20%左右，大大提升了工作效率。这项技术既能满足散热需要，又能实现快速暖机，从而降低整机油耗。奇瑞电子节温器技术也是一大创新，可根据发动机运行转速、负荷状态、进气温度、冷却液温度等计算目标温度，精准调控水温，让发动机实际温度稳定在105-110℃范围，确保发动机始终在合理的温度下工作。
在冷却水的水流控制方面，奇瑞第三代发动机技术也在细节之处做到了极 致。通过缸盖集成排气歧管技术，奇瑞发动机将排气歧管集成在缸盖上，有效降低了排气温度，减少了热量损失，同时加快发动机升温速度。在缸体缸盖的内部结构上，奇瑞采用了独创的横流式水套，这种水套体积小，不仅有利于温度提升，还可以使冷却水在发动机内部流速更均匀、换热更充分，保证整机的高效换热。
宇通客车
发动机热管理系统Ⅱ代的主要特点：散热风扇采用电子风扇和冷却模块采用一体化冷却单元。
发动机热管理Ⅱ代与Ⅰ代热管理系统相比，控制更精准、效率更高、能耗更低，从而达到更好的节油效果。
· 电子风扇由发动机热管理系统(Engine Thermal Management System)ECU控制风扇的转速和启停，ECU采用脉冲宽度调制(PWM)技术，实现风扇的无级变速，从而使发动机水温恒定在最佳工作温度，进气温度恒定在最佳工作温度，此时发动机的功效比达到最佳；同时采用电子风扇省去了机械传动部分，减少了发动机的能量消耗。
· 一体化冷却单元为并联式结构，即散热器和中冷器并联，与串联式冷却单元相比，提高了热交换效率，减轻重量，降低油耗。
电子风扇控制器ECU通过CAN总线读取发动机水温及中冷器温度，当发动机水温或中冷器温度达到ECU内部标定的温度参数后，电子风扇控制器ECU控制冷却风扇工作。
1、可靠性高、稳定性好
电子风扇采用原装进口，其风扇具有寿命长、效率高、可靠性好、噪音低等优点。
冷却模块为宇通自主开发产品，拥有专利；冷却模块采用一体式结构，将散热器与中冷器并排布置，减小冷却模块体积，优化发动机舱布置，有效降低冷却模块整体重量，方便清理维护。
2、降低油耗、噪音
发动机热管理系统Ⅱ代采用了小直径电子风扇，与Ⅰ代热管理系统相比，大大减小发动机消耗功率，降低油耗，节油率在Ⅰ代热管理系统基础上可提升5%-8%；风扇尖端速度大幅降低，从而降低了整车噪声，提高舒适性。
3、试验验证结果
大众/奥迪汽车
大众/奥迪旗下开发了全新第3代四缸汽油发动机系列，代号为EA888 GEN3。为了应对欧6排放法规，且降低燃油消耗率（CO2排放），在第2代EA888基础上进行了全面的升级。全新第3代发动机采用了很多创新性的技术。包括气缸盖集成式废气冷却系统、直喷和歧管喷射组成的双喷射系统以及具有双凸轮轴调整功能的气门升程系统，一种新型的全电子冷却控制系统并配合着全新热管理系统。在GEN 3B（第3.5代）EA888上，还做了进一步的优化升级，提出了Budack-cycle（B循环概念），在油耗性能上进一步突破。
整个冷却液回路（包括发动机内部和车辆侧）的设计旨在为热管理服务，从而使发动机和车辆内部（如果有需要的话）快速升温。热管理系统的两个主要部件是集成式废气冷却系统（如前所述），以及用于实现全电子冷却液控制的模块。整个冷却回路还配有流量控制阀，用于开启或停止流经散热器和变速箱热交换器的流量。如图所示
发动机冷却回路布置图
全电子冷却控制
用于全电子冷却控制和热管理系统的核心执行元件是塑料旋转滑块，它容纳了两个机械耦合的旋转滑块，用于调节冷却液流量。一个电机通过一个减速器迅速驱动旋转滑块1。依次通过灯笼齿轮与旋转滑块2连接。旋转滑块1取代了传统的石蜡式节温器，能够根据需要在85°C和107°C之间随意地改变冷却水温度。旋转滑块1还可以调节发动机机油冷却器的冷却液回流。如图所示。
旋转滑动模块（控制发动机和车辆中的热传递）
升温策略
在热机过程中，流入发动机的冷却液最初被旋转滑块2完全关闭。所有外部阀门都关闭，水只在发动机内部流动，也就是常说的小循环。当现实中用户需要进行空调加热等操作时，不必利用小循环内部的冷却液。在这种情况下，设计了一个带有辅助水泵的自动加热回路，通过该回路，来自排气歧管集成式气缸盖的废热被利用，送入空调系统传递热量。进入发动机缸体（旋转滑块2）的冷却液入口保持关闭状态，因此尽可能保持气缸的快速升温从而减少摩擦。这套系统可以在满足客户的舒适性要求前提下，同时实施最佳升温策略。
随着发动机温度进一步升高，旋转滑块2局部打开，产生部分的冷却液流量，以确保部件充分冷却。并且通过对水的快速加热减少了热机过程中的热损失。最终，在达到规定的水温后，发动机机油通过旋转滑块1定向流经发动机机油冷却器，对机油进行加热。一旦判定发动机充分热机后，变速箱冷却器的切换阀再打开，以便用部分热量对变速箱油进行加热。在热机过程中，一旦冷却液流经主散热器，则不可避免地会带来热量损失。因此，为了保证热效率，主散热器会在所有相关零部件充分热机的基础上再发挥作用。依靠这套集成式废气冷却系统和全电子冷却液控制系统，可以为这款发动机提供比上一代更短的热机时间，此外还可以加快空调加热的响应时间，如图所示
NEDC中的发动机升温曲线
不同发动机工况下冷却液温度目标map
温度控制
此热管理系统可以在整个发动机转速负荷区间对冷却液温度进行优化，从而最大限度地降低摩擦损失并提高热效率。在发动机转速和负荷较低时，冷却液调节至107°C，以将发动机机油回路阻力降到最低。随着负荷和发动机转速的提高，冷却液温度降低到85°C。平衡机油阻力损失和最佳点火提前角效率（以及爆震控制）之间实现最优化，从而确保发动机热效率的最佳化。旋转滑动模块的高响应速度和热管理系统的高可控性使冷却液温度能够迅速降低，以便在高负荷下保证可靠性。
这套热管理系统还有一个特殊的功能，就是在发动机关闭时也能工作。通过对旋转滑动模块的协同控制，让冷却液以一个设定的流量持续通过冷却液沸腾敏感的气缸盖和涡轮增压器，从而使存储在这些部件中的热量快速排出，解决了传统涡轮增压器寿命短的问题。
在发动机气缸体的部分位置，没有设计冷却回路，以免对发动机进行过冷却。通过该设计，显著减少了热机时间。总的来说，这套热管理系统，在NEDC中节约了2.5 g CO2/km，在实际驾驶模式下也大大节约了行驶成本。另外，空调的快速制热设计，也提高了舒适性。
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