電池冷卻方式研究的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述在科技進(jìn)步的推動(dòng)下，人們探索出了許多的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)冷卻方式，種類繁多，本文主要介紹的是液體冷卻、空氣冷卻、相變材料冷卻和熱管冷卻。（1）液體冷卻液冷系統(tǒng)是一種有效的冷卻方法，其可以對(duì)電池組進(jìn)行安全高效的散熱，有效的控制電池組溫度，并延長(zhǎng)循環(huán)壽命。液冷系統(tǒng)根據(jù)工質(zhì)是否與電池直接接觸可分為直接接觸和間接接觸兩種方式。根據(jù)不同的系統(tǒng)控制方案，可分為主動(dòng)冷卻和被動(dòng)冷卻兩種。在液體冷卻系統(tǒng)中，被動(dòng)冷卻冷卻雖然簡(jiǎn)單方便且成本低但是效率低，對(duì)溫度的控制較差，僅適合用于低功率的電池組。主動(dòng)冷卻方案成本更高但是冷卻效果好，對(duì)高功耗的電池組也能起到相當(dāng)好的冷卻效果。因此，不僅越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)把注意力集中在主動(dòng)冷卻，而且在實(shí)踐中，許多汽車公司，如通用汽車、特斯拉和其他汽車公司也在研發(fā)使用主動(dòng)液體冷卻系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)主動(dòng)液體冷卻系統(tǒng)投入了大量的精力，進(jìn)行了大量的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，期望能找到一種高性能、低成本的液體冷卻方法來(lái)滿足市場(chǎng)需求。電池組設(shè)計(jì)首先需要考慮的是換熱效果和安全性，所以對(duì)于液冷散熱器系統(tǒng)最重要的就是選擇正確的傳熱介質(zhì)。若考慮到該系統(tǒng)的安全性，那么直接進(jìn)行直接接觸式冷卻所使用的介質(zhì)必須滿足高溫下的電絕緣并且其導(dǎo)熱性能好，例如硅基油、礦物油。而間接接觸式的液冷系統(tǒng)中，液體則通過(guò)管道把熱量輸送到電池翅片，翅片與電池直接發(fā)生相互的接觸，帶走了電池的剩余熱量，進(jìn)而使電池得到冷卻。該種工作方式對(duì)于管道的保護(hù)密封度要求很高，因?yàn)殡娮釉械囊后w容易發(fā)生泄漏從而引起電池短路。常見(jiàn)的冷卻介質(zhì)主要包括：乙二醇、水及石蠟。Chen[4]比較了在相同的溫升下，直接空氣冷卻、直接油冷卻和間接水/乙二醇冷卻的質(zhì)量流量、壓降和功率消耗。得出結(jié)論，即使油冷直接冷卻維持低流量，在壓力損失和熱效率之間做出妥協(xié)，油冷直接冷卻的熱效率仍然高于空冷。而間接液體冷卻由于最長(zhǎng)的冷卻劑通道而具有最高的最大溫差點(diǎn)，但是由于水/乙二醇冷卻劑的熱容量較高，因此在達(dá)到最大值后，最大溫度差的減小速度比其他方法更快。即應(yīng)避免使用間接液體冷卻的低質(zhì)量流量來(lái)控制電池內(nèi)的溫度升高和溫度差。除針對(duì)冷卻液體種類和冷卻方式進(jìn)行優(yōu)化外，考慮到電池的結(jié)構(gòu)，探索合適的冷卻板類型是提高冷卻性能的有效方法。Wang[5]設(shè)計(jì)開發(fā)了一種基于熱硅膠板的新型液體冷卻解決方案，克服了高容量電池在高溫和快速充放電條件下產(chǎn)生的大量熱量。將硅膠板良好的導(dǎo)熱性與優(yōu)異的冷卻水性能相結(jié)合，形成了一種可行有效的復(fù)合液體冷卻系統(tǒng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水流量增加到4ml/s時(shí)，最高溫度降低到48.7℃，溫差保持在5℃以內(nèi)，泵能耗僅占總能耗的1.37%，其設(shè)計(jì)的復(fù)合液冷系統(tǒng)為液冷系統(tǒng)提供了一種新的思路。（2）空氣冷卻空氣冷卻即利用空氣流動(dòng)來(lái)帶走電池模組的熱量，達(dá)到散熱的目的?？绽潆姵?zé)峁芾硐到y(tǒng)可以分為自然對(duì)流冷卻和強(qiáng)制對(duì)流冷卻兩種，自然對(duì)流冷卻沒(méi)有風(fēng)機(jī)，依靠自然對(duì)流散熱，強(qiáng)制對(duì)流冷卻應(yīng)用了風(fēng)機(jī)，通過(guò)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)進(jìn)行散熱。在高強(qiáng)度工作時(shí)，電池組因快速放電產(chǎn)生過(guò)量的熱，超過(guò)自然對(duì)流的散熱閾值，電池溫度急速升高。但強(qiáng)制對(duì)流冷卻因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的存在，進(jìn)行換熱系數(shù)遠(yuǎn)大于自然對(duì)流的強(qiáng)迫對(duì)流，因此效果優(yōu)于自然對(duì)流冷卻，可以有效降低電池溫度。空氣冷卻技術(shù)由于維護(hù)方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)受商用電動(dòng)汽車的歡迎。電池組的布局結(jié)構(gòu)，如電池之間的距離、陣列配置、連接方式等，對(duì)冷卻系統(tǒng)的性能有重要影響。Wang[6]等主要研究了強(qiáng)制空氣冷卻時(shí)，風(fēng)扇應(yīng)當(dāng)放在什么位置才能對(duì)電池組起到最好的冷卻效果，結(jié)果證明當(dāng)風(fēng)扇位于電池模塊頂部時(shí)冷卻效果最好。此外，還探討了電池排列方式對(duì)電池模塊的熱性能的影響。得出結(jié)論，考慮成本時(shí)，5×5立方結(jié)構(gòu)具有最佳的冷卻能力，而當(dāng)考慮電池模塊的空間利用率時(shí)，將19個(gè)電池布置在一個(gè)六角形結(jié)構(gòu)具有最佳的冷卻能力。Fan等[7]檢查了間隙間距和氣流速率對(duì)現(xiàn)有風(fēng)冷電池模塊冷卻效果的影響。得出結(jié)論，如果沒(méi)有強(qiáng)制空氣冷卻，則預(yù)測(cè)的溫度升高值非常接近于簡(jiǎn)單集總模型所預(yù)測(cè)的溫度升高值，因此表明自然對(duì)流的作用可忽略不計(jì)；由于相鄰電池之間流動(dòng)的冷卻空氣分布不均勻，在風(fēng)扇的空氣流量保持恒定的情況下，隨著間隙尺寸的增加，最大溫度升高始終會(huì)增加，而整體溫度均勻性則會(huì)得到改善；間隙不均勻的分布會(huì)影響溫度分布，但不會(huì)顯著影響模塊的最大溫升，另一方面，間隙的適度擴(kuò)大改善了單元之間的溫度均勻性。Lee等[8]建立了一個(gè)鋰離子電池模塊模型來(lái)評(píng)估使用強(qiáng)制空氣冷卻的主動(dòng)熱管理系統(tǒng)的性能，發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)增加進(jìn)氣速度或減小電池之間的距離來(lái)降低電池模塊的最大溫度變化。另一方面，通過(guò)增加進(jìn)氣速度，以交錯(cuò)設(shè)計(jì)布置電池或采用具有高反轉(zhuǎn)頻率的周期性反轉(zhuǎn)流，可以實(shí)現(xiàn)電池之間更均勻的溫度分布。但是，增加風(fēng)速或反轉(zhuǎn)頻率會(huì)增加寄生負(fù)載，并且交錯(cuò)設(shè)計(jì)會(huì)增加模塊體積。因此，應(yīng)考慮這些參數(shù)之間的權(quán)衡。（3）相變材料冷卻液體冷卻的缺點(diǎn)就在于對(duì)系統(tǒng)裝置的要求極高，需求大量的裝置完善整個(gè)系統(tǒng)，所以系統(tǒng)變得很笨重，很不方便。目前世界上一直致力于找到一種質(zhì)量輕、冷卻效果好、無(wú)需太多裝置即可起到作用的熱管理系統(tǒng)。在這個(gè)過(guò)程中，研究人員發(fā)現(xiàn)相變材料能儲(chǔ)存大量的熱，因此逐漸被應(yīng)用于電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。所謂相變材料，就是在會(huì)隨著溫度不同發(fā)生相變的材料，在高溫時(shí)熔化吸熱低溫時(shí)凝固放熱，從而起到散熱或加熱的作用。在相變冷卻中，所需的相變材料質(zhì)量可按下式計(jì)算M其中，MPCM為發(fā)生相變材料的質(zhì)量，Qdis為電池釋放的總熱量，Tm為材料的初始溫度，CAlHallaj[9]首次提出使用使用相變材料進(jìn)行電池?zé)峁芾?，并得出在不同的放電速率下，PCM控制的電池模塊中的溫度要比空氣冷卻的溫度更均勻的結(jié)論。證明了PCM的溫度控制效果是有效的。Javani[10]研究了不同體積熱量產(chǎn)生速率下電池中PCM的冷卻性能。他們發(fā)現(xiàn)PCM可以獲得更均勻的溫度分布并且當(dāng)冷卻系統(tǒng)在瞬態(tài)條件下運(yùn)行時(shí)，PCM對(duì)電池溫度的影響更加明顯。Lv[11]使用膨脹石墨，低密度聚乙烯和石蠟形成三元復(fù)合材料，將其與翅片結(jié)合，然后與電池模塊耦合，如圖1.1所示。其有良好的散熱性能，并且能夠高效地將PCM積累的大量熱量散發(fā)到外部空氣環(huán)境中。這表明將PCM與散熱片結(jié)合使用不僅可以利用PCM的高潛熱值，而且可以提高散熱片的熱導(dǎo)率。Zhao等[12]發(fā)現(xiàn)純石蠟電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)運(yùn)行1800次后，電池表面溫度達(dá)到39℃，銅網(wǎng)/石蠟電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)運(yùn)行相同情況下，電池表面溫度達(dá)到25℃左右。添加泡沫銅后，電池表面溫度下降了14℃，溫度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，電池之間沒(méi)有溫度差。結(jié)果表明，純PCM的熱管理性能不足，改進(jìn)后的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)表現(xiàn)出良好的溫度均勻性。圖1.1L-CPCM電池組耦合散熱片的示意圖（4）熱管冷卻熱管作為一種高效的傳熱元件，因其導(dǎo)熱系數(shù)高、熱阻低而受到能源行業(yè)的青睞，廣泛應(yīng)用于航天、軍工、微電子散熱、建材、冶金、太陽(yáng)能等領(lǐng)域。得益于可變結(jié)構(gòu)，熱管可以將大量熱量轉(zhuǎn)移到電池組內(nèi)部，使電池保持在所需的工作溫度范圍內(nèi)，電池組內(nèi)部的溫差也可以顯著降低。上述基于相變材料的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)存在難以控制凝固過(guò)程體積變化、導(dǎo)熱系數(shù)有限導(dǎo)致溫度梯度不足、熱響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。采用熱管進(jìn)行溫度控制則不會(huì)有這些問(wèn)題，因此熱管冷卻是一種有效的方法。到目前為止，大量使用的熱管類型主要有脈動(dòng)熱管、燒結(jié)熱管、平環(huán)熱管。熱管的工作原理是：電池在充電/放電過(guò)程中釋放熱量，然后將熱量傳遞到與電池底部或側(cè)面直接接觸的熱管中。最后，熱量由熱管冷端散熱系統(tǒng)排出。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，基于熱管的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)可以有效降低電池組的最高溫升和電池間的溫差。Yuan等[13]采用熱管作為電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的主要傳熱元件，并用集熱板和散熱器加以輔助散熱，分析了電池組溫度的影響因素及相關(guān)機(jī)理。仿真結(jié)果表明管式電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)能有效抑制電池溫升。Rao等[14]根據(jù)動(dòng)力電池的加熱特性，設(shè)計(jì)了一種配備熱管的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加熱小于50w時(shí)，可將最高溫度控制在50℃以下。因此，在不穩(wěn)定的操作條件和循環(huán)試驗(yàn)條件下，可以使最大溫度和溫差保持在期望的范圍內(nèi)。Greco等[15]對(duì)棱鏡式鋰離子電池進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)熱管對(duì)有限表面積電池組的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)效果良好。熱管的設(shè)計(jì)和熱管的布置是最重要的兩個(gè)因素。熱管的合理設(shè)計(jì)對(duì)于提高電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)效率至關(guān)重要。管道尺寸、充液能力和工質(zhì)是影響熱管換熱效果的因素。他們發(fā)現(xiàn)，不同的熱管設(shè)計(jì)，不同的充液量和不同的工質(zhì)，熱管的冷卻效果有很大的不同。參考文獻(xiàn)[1]MohammedAH,EsmaeeliR,AliniagerdrouDbAriH,etal.Dual-purposecoolingplateforthermalmanagementofprismaticlithium-ionbatteriesduringnormaloperationandthermalrunaway-ScienceDirect[J].AppliedThermalEngineering,2019,160.[2]YanJ,WangQ,LiK,etal.Numericalstudyonthethermalperformanceofacompositeboardinbatterythermalmanagementsystem[J].AppliedThermalEngineering,2016,106:131-140.[3]MotlochCG,ChristopheresenJP,BeltJP,etal.High-PowerBatteryTestingProceduresandAnalyticalMethodologiesforHEV's.2002.[4]ChenD,JiangJ,KimGH,etal.Comparisonofdifferentcoolingmethodsforlithiumionbatterycells[J].AppliedThermalEngineering,2016,94:846-854.[5]WangC,ZhangG,LiX,etal.ExperimentalexaminationoflargecapacityliFePO4batterypackathightemperatureandrapiddischargeusingnovelliquidcoolingstrategy[J].InternationalJournalofEnergyResearch,2018.[6]TaoW,TsengKJ,ZhaoJ,etal.Thermalinvestigationoflithium-ionbatterymodulewithdifferentcellarrangementstructuresandforcedair-coolingstrategies[J].AppliedEnergy,2014,134(Dec.1):229-238.[7]FanL,KhodadadiJM,PesaranAA.Aparametricstudyonthermalmanagementofanair-cooledlithium-ionbatterymoduleforplug-inhybridelectricvehicles[J].JournalofPowerSources,2013,238:301-312.[8]LeeKJ,SmithK,PesaranA,etal.Threedimensionalthermal-,electrical-,andelectrochemical-coupledmodelforcylindricalwoundlargeformatlithium-ionbatteries[J].JournalofPowerSources,2013,241(NOV.1):20-32.[9]Al-HallajS,SelmanJR.ANovelThermalManagementSystemforElectricVehicleBatteriesUsingPhase-ChangeMaterial[J].JournaloftheElectrochemicalSociety,2000,147(9):3231-6[10]JavaniN,DincerI,NatererGF.NumericalModelingofSubmoduleHeatTransferWithPhaseChangeMaterialforThermalManagementofElectricVehicleBatteryPacks[J].JournalofThermalScience&EngineeringApplications,2015,7(3):031005.[11]LvY,YangX,LiX,etal.Experimentalstudyonanovelbatterythermalmanagementtechnologybasedonlowdensitypolyethylene-enhancedcompositephasechangematerialscoupledwithlowfins[J].AppliedEnergy,2016,178(sep.15):376-382.[12]ZhaoY,ZouB,LiC,etal.Activecoolingbasedbatterythermalmanagementusingcompositephasechangematerials[J].EnergyPredia,2019,158:4933-4940.[13]YuanW,YanZ,TanZ,etal.Heat‐pipe‐basedthermalmanagementandtemperaturecharacteristicsofLi‐ionbatteries[J].CanadianJournalofChemicalEngineering,2016,94(10):1901-1908.[14]RaoZ,WangS,WuM