电池热管理系统是保证电池温度稳定的关键系统，是电池保护十分重要的一个模块。
电池包构造：
新能源汽车电池包系统：
主要由电池模组、电连接系统、机械结构、电池热管理等系统组成。
电池管理系统由电池传感器、控制器、制动器等组成。其保证电池组在安全工作情况下，提供车辆控制的必备信息，根据车辆需求来决定电池的充放电功率。能够为ECU提供参数监测、电池状态、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、电池热管理等服务。
电池模组：
由多个单体的电池并联起来或者串联构成，主要负责释放和储存能量，将能力转化为汽车行驶的动力，电池模组一般由铝合金外壳包裹，安装在电池包箱体的内侧。
电连接系统：
由高压跨接片 、高压线束、 低压线束 、继电器组成。能够将动力电池系统的电信号源源不断输送到各个所需的部件中，低压线束起到传输信号/ 检测信号/ 控制信号的作用。
机械结构：
由电池包外壳 、 金属支架 、 固定螺栓组成。可以对电池模组起到支撑作用 、 抗机械冲击载荷、 机械振动载荷 /、防水防尘的保护。
电池热管理系统:
一种通过合理的降温方式把电池工作生成的热量带走的系统，使得电池在一个合理的温度范围内工作和运行，以提高电池模组的寿命和可靠性。
T型电池包结构：
它的一部分是位于车体的中心位置，距离车体外壳较远，能够有效地避免车体两侧外力对电池包的挤压破坏，但是大部分电池模组集中在车体后侧，一旦电池包受到后方碰撞，电池包的安全性极易受到威胁。
平板电池包结构：
安装在整个车体的下方，增大了车厢内部空间，但平板型电池包贴近地面的面积更大，更易受到特殊路面情况的影响。
电池热管理系统的冷却方式
电池模组空冷方案
电池组的空气冷方式，通过流动的空气循换热量，对电池模组进行降温和升温，使得电池模组在安全的温度范围内运行和工作。目前空气冷却的方案多是通过设计风扇、 电池排布 、空气流经路径 、交替通风等方式来实现电池模组的热管理。
串行风冷的方案相对简单，其根据散热的需求设置送风装置的分布位置，这样对模组尺寸的包容性更加好，缺陷就是易造成温度分布的不均匀。行业内专家设计了一种具有散热孔的电池模组强制空冷散热方案，且与三种典型阵列的电池组的散热情况对比，对不同进口的空气温度和进口风速对电池模组的冷却效果进行分析，最终发现并排的模组降温效果最佳，其温度均匀性最出色，
并行空冷可以令电池冷却的效果更出色，保证了电池温度的均匀性，但是由于并行风冷送风口设计在电池轴向的方向，会对送风口的布置 和模组尺寸的要求提高。基在模组中，每个电池之间设计空气管道，其通过改变管道上孔的直径和数量获得最优管道的参数，将模组最高温度成功降低，并改善温度均匀性。
空冷方案的优劣：
空冷的方案虽然增加了风扇质量，但是不会增加电池模组的重量，其所占空间比其他方案的冷却方式要小，空冷方案灵活性非常高，由于经济性和电池包轻量化，空冷具有不可替代的优势。
但是其相对于液冷和相变材料的冷却，在相同的能量消耗的前提下，空气冷却效果较差。
电池模组液冷方案
液体冷却一般具有较高的传热系数，它可带走电池模组非常多的热量，这样液体介质可以同时循环利用，将成本一起降低了。而且其高效率和低能耗，目前液冷成为电动汽车热管理系统的最佳的方案。
液冷的优劣：
液体冷却电池模组的效果更好，同时比相变冷却的占用空间要小，液体循环使用，其整体经济性更高。
液冷具有安全性问题，如果车辆行驶过程中液体管道受损，液体泄漏会影响电池包寿命，如果液体具有可燃性，甚至会造成电池包起火。
电池模组相变材料冷却：
PCM 相变材料是新型 BTMS 的最理想选择。由于利用其高潜热，PCM 可以吸收大量的热量产生的电池，而不改变自身材料温度。基于 PCM 的 BTMS 可以控制电池组在理想的温度范围内工作，还可以保持所有电池内部的温度均匀性。石蜡因其潜热大、无毒、价格低廉、导热系数低、形状稳定性差等优势。
为了将相变材料的导热系数提高，行业内尝试已经将石墨 与 泡沫金属以及碳纤维等导热增强材料和石蜡基体混合，一起合成各种复合相变材料。利用化学气相沉积技术开发了石墨烯涂层泡沫镍，其导热系数提高了 23 倍，而且潜热和比热均降低了 30%，在 0.5C 放电速率下，电池表面温度较泡沫镍降低 17%。而且加入 EG 之后电池的热管理性能还可以明显提高，改善了 CPCM 的导热性。
相变材料冷却的优劣：
冷却方案中散热性能最佳。但是材料原理复杂，经济性不高，运用性不强。
电池的热管理意义
电池热管理系统是保证动力电池在汽车上的使用性能、安全性和寿命的关键技术。热管理系统的主要功能包括：
1、在汽车电池出现过高温度现象时的有效散热，预防产生热失控相关的燃烧事故。
2、在电池出现温蒂较低现象时进行预热，将电池温度提升，确保低温下的放电/充电的性能及其电池安全性。
3、电池热管理可以通过抑制局部热区的形成，来减小电池组内的温度差异，同时预防高温处的电池过快衰减，将电池组的整体寿命抑降低。
风冷式动力电池热管理，系统技术数值，以及热管理系统的工作原理文丨胖仔研究社
编辑丨胖仔研究社
动力电池的温度对电动汽车的动力性、经济性和安全性都有重要的影响。电动汽车在运行过程中，动力电池的温度一般在45~60℃之间，由于电池的特性及充放电特性等原因，电池温度会产生波动，从而影响动力电池的性能。
目前，电动汽车常用的电池组热管理方式有以下几种：（1）风冷式，通过通风散热实现电池组冷却；（2）水冷却式，通过冷却液进行降温；（3）相变材料冷却式，通过相变材料实现电池组冷却；（4）液冷式，通过冷却液进行降温。
本文在总结前人研究成果的基础上，采用 CFD数值模拟方法对电池的热物性进行了分析，并对电池组热管理系统进行了优化设计。
电动汽车常用的电池组主要有磷酸铁锂电池和三元锂电池两种。磷酸铁锂电池具有充放电性能好、工作温度范围广、安全性能好等优点，但其能量密度低，单位质量的能量密度只有铅酸蓄电池的60%左右，且热稳定性较差。
为了提高电动汽车的续驶里程，近年来各国纷纷出台政策，大力支持发展新能源汽车。然而由于纯电动汽车续驶里程有限，限制了其发展。因此，开发新型电动汽车已成为当前电动汽车研究领域的热点。
而风冷式电池热管理系统是将锂离子电池与散热器集成在一起的热管理系统，主要由散热器、风道和电机等组成。当电池包内部产生热量时，通过风道将热量吹到散热器上散热。
在冷却过程中，电池包内部温度不断下降，由电池包自身产生的热量通过风道带走热量。
在电池组内部和外部环境的共同作用下，电池组温度随时间不断变化。电池组温度在不同工作状态下呈现出不同的变化规律，一般分为以下三种：第一种是在正常工作时，电池组内部温度均匀上升；
第二种是在充放电过程中，电池组内部温度波动较大；第三种是在电池过充或过放时，电池组内部温度发生剧烈变化。电动汽车的主要使用工况为高速行驶过程中的高速行驶和爬坡行驶。当电动汽车以中速或低速行驶时，电池包内的温度一般维持在25℃左右；
当电动汽车以中速或高速行驶时，电池包内的温度会下降到25℃左右；当电动汽车以低速行驶时，电池包内的温度会下降到15℃左右。为了使电池组内部和外部环境都能保持相对稳定的工作状态，需要对电池组进行散热管理。
根据热管理系统运行原理不同可以分为主动式和被动式两种。主动式热管理系统是以风冷为主要散热方式。被动式热管理系统是通过自然通风或风扇将热量带走。自然通风是通过风力将热量带走；
风扇是通过发动机带动风力使电池包内部产生强对流来带走热量；被动式热管理系统采用被动散热方式来保证电池组的正常运行。
被动式热管理系统在电动汽车上应用较多的是冷却液冷却方式和相变材料冷却方式。冷却液冷却方式是通过冷却液将电池组内部产生的热量带走；相变材料冷却方式是通过相变材料将电池组内部产生的热量吸收后传递给外界环境。
与风冷式热管理系统相比，风冷式热管理系统具有以下优点：（1）风冷式热管理系统不需要外部空气循环系统来提供动力冷却空气；（2）风冷式热管理系统采用自然通风方式散热，能够保证电池组内部温度均匀性；
（3）风冷式热管理系统通过自然通风散热来控制电池组内部温度波动较小；（4）风冷式热管理系统能够适应不同的气候环境条件；（5）风冷式热管理系统能够避免动力电池由于过充或过放而导致的安全问题；
（6）风冷式热管理系统能够有效延长电池包使用寿命。因此，风冷式热管理系统成为目前电动汽车最常用的电池热管理方式之一。
电池包的通风散热，需要在电池组周围设置导流罩、导流板和风机，这就对风冷式热管理系统的设计提出了更高的要求。
常用的风冷式热管理系统，其主要原理是：电池包周围设置导流罩，以加强电池与环境之间的热交换；电池组周围设置导流板，以增强电池组与外界空气之间的换热；电池组周围设置风机，以增加电池组与外界空气之间的热交换。
本文采用 Fluent软件中的 SIMPLE算法对电池包的风冷式热管理系统进行数值模拟，在满足模拟精度要求的前提下，对模型进行网格划分并设置边界条件，利用 Fluent软件中的 VOF模型计算流体动力学（Virtual VOF）数值模拟电池包周围空气流动情况。
对于电池组周围空气流动情况，利用 Fluent软件中的非稳态k-ε模型计算对流换热系数；在电池包周围空气流动情况下，采用k-ε模型计算辐射换热系数。采用 Fluent软件中的非稳态k-ε模型对电池包周围空气流动情况进行数值模拟。
计算电池包周围空气流速分布及电池包热源分布情况。在不同工况下（环境温度为25℃、30℃、35℃、40℃），分析了不同环境温度、不同电池数量和不同电池包数对电池组热管理系统温度场及流场分布的影响。
本文以风冷式电池组热管理系统为研究对象，建立了动力电池单体模型、风冷式电池组模型和风冷式热管理系统仿真模型，并对仿真模型进行了网格划分。
以风冷式热管理系统为研究对象，考虑风冷式热管理系统的散热能力、散热均匀性和电池温度波动等因素，对电池组进行了参数设计和优化。基于电池包温度波动范围、电池组的电池数量及布置方式等因素。
确定了风冷式热管理系统的关键参数为：进风温度为60℃、出风温度为35℃、冷却液进口流速为2.5m/s、出口流速为1m/s。利用数值模拟方法对风冷式热管理系统进行了优化，
电池组表面平均温度为53.4℃，电池包表面平均温度为64.9℃，电池包最大温差为0.3℃。优化后的风冷式热管理系统中的电池温度波动范围得到了有效控制，电池组的热稳定性得到了提高。
冷却流量:在风冷式热管理系统中，冷却流量对电池包温度控制效果有较大影响。冷却流量过小，不能有效控制电池组的温度；冷却流量过大，则会造成能量浪费。
在设计冷却流量时，要考虑电池包在不同位置的温升差异以及不同电池的散热能力和温度波动范围等因素。当电池包布置在电池模组的中间位置时，电池组中热量通过电池模组向其周围传递，因此，电池组的温升比单体电池要高得多。
冷却结构设计:风冷式热管理系统结构设计过程中，需要考虑冷却结构对电池包散热性能的影响，通过对不同结构参数的风冷式热管理系统进行数值模拟，获得各结构参数对电池包散热性能的影响规律。
在风冷式热管理系统中，冷却通道与电池包的布置方式对风冷式热管理系统的散热性能影响较大，本文以风冷式热管理系统中的冷却通道与电池包之间的布置方式为研究对象，利用仿真模拟软件对不同布置方式下冷却通道与电池包之间的换热情况进行了研究。
在两种布置方式下，冷却液进口流速相同时，随着出口流速的增加，电池包表面平均温度和出口温差都呈下降趋势；但当出口流速相同时，随着进口流速的增加，电池包表面平均温度和出口温差都呈上升趋势。
当冷却液进口流速为2.5m/s时，冷却液从进口到出口的流量达到最大值1m/s；冷却液进口速度为1m/s时，冷却液从出口到进口的流量达到最大值1m/s。不同布置方式下电池包表面平均温度和出口温差随冷却液进口速度变化趋势基本一致。
在电池热管理系统的设计过程中，除了考虑电池本身的参数和环境因素外，还需要综合考虑电池与热管理系统之间的相互作用。
在对风冷式电池热管理系统进行设计时，要充分考虑到动力电池本身的特点和实际使用环境，还要综合考虑电池组在不同的运行状态下对动力电池的温度需求。
同时，对于风冷式电池热管理系统而言，其具有较高的冷却效率，因此在对其进行设计时，要尽可能地提高其冷却效率。
近年来，随着计算机技术的发展，采用 CFD数值模拟方法对动力电池组进行了仿真分析，为动力电池组热管理系统设计提供了新的思路和方法。
本文通过对风冷式动力电池组热管理系统技术进行数值研究，得出了不同散热条件下动力电池组温度场的分布情况以及散热效果。
在风冷式动力电池热管理系统设计过程中，要充分考虑到其与汽车结构之间的相互作用，尽可能地提高其冷却效率。
提高散热效率:提高风冷式动力电池热管理系统的散热效率，是保证其工作性能的重要手段，而采用提高动力电池周围空气流速的方式来提高其散热效率是一种常用的方法。
结果表明：当环境温度在10℃~20℃之间，空气流速为0.5m/s时，动力电池周围空气平均温度达到了22.33℃，风冷式动力电池热管理系统能够很好地满足动力电池正常工作的温度需求。
而在空气流速为0.5m/s、散热器与动力电池之间距离为3 cm时，该动力电池组的温度场分布较为均匀，平均温度达到了22.56℃。同时，随着空气流速的增加，风冷式动力电池热管理系统中冷却液流量也相应地增加。
但冷却液流量过大会导致空气流速过大，增加其流动阻力，从而导致其冷却效率降低。因此，在进行风冷式动力电池组热管理系统设计时，应合理地控制冷却系统中冷却液流量。
本文对风冷式电动汽车电池热管理系统进行了数值研究，通过仿真分析，得出以下结论：
（1）动力电池在冷却系统中的温升与电池的功率密度成正比，与温度成反比。在不同的工作条件下，动力电池的温升随着电流密度的增大而降低。当电流密度为200 mA/cm2时，动力电池温升最小为22.9℃。
（2）电池组内平均温度在25℃~35℃之间时，电池组的温度变化幅度较小；当温度超过35℃时，电池组内平均温度上升幅度较大，当电池温度超过40℃时，电池组内部温升最高可达45℃。
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