主要内容：

• 一、被动与主动
• 2.直接接触和间接接触
• 3、液冷电池散热效果

 

动力电池以液体为介质进行热管理，包括液体冷却系统和液体加热系统。液冷电池散热是在风冷电池散热无法达到预期散热效果的背景下发展起来的。液体的导热系数和比热容均高于空气。表 1 显示了水在不同温度下的导热系数。液冷电池的冷却结构可分为被动式和主动式。在被动系统中，液体与外界空气进行热交换，将电池热量散发出去；在主动系统中，电池热量通过液液交换散发出去。

表1 不同温度下水的热导率

当介质为液体时，可以在电池模组之间设置管道，或者在电池周围设置护套，或者将电池单体或模组直接浸入液体中。电池与液体直接接触时，液体可以是水、乙二醇、制冷剂等；当电池不直接接触时，液体必须是电介质，并确保绝缘以避免短路。

液冷电池冷却的优点如下：

（1）由于液体的导热系数高，液体与电池壁之间的传热系数高，散热量大，冷却速度快，冷却效率高；

(2)冷却系统体积小，结构简单，满足电动汽车空间紧凑性的特定要求。 

一、被动与主动

液冷电池散热原理如图1所示。在被动液冷系统中，液体介质流过电池被加热，温度升高，热流体通过泵输送，与电池进行热交换。外部空气通过热交换器，温度降低，冷却后的流体（冷却剂）再次流动。该电池结构简单，成本低。在主动液冷系统中，热流体与外界的热交换主要通过汽车发动机制冷剂或与空调系统结合进行。能源_被动液冷系统的能耗主要来自水泵和风机，而主动液冷系统的能耗主要来自水泵和制冷系统。对于电动汽车，尤其是EV，空调系统消耗了很大比例的电池能量，主动液冷系统的使用将进一步增加空调对电池能量的消耗。

图1 液冷电池散热示意图

由于被动式液冷系统主要与外界空气进行热交换，当外界环境温度较高时，为实现高效散热，必须加大风速或换热器面积。此外，被动液冷系统也不适合环境温度接近甚至高于电池所能承受的最高温度的环境。对于主动式液冷系统，受环境温度的影响较小，因为它可以与空调系统相结合。 

2.直接接触和间接接触

根据电池与冷却液接触方式的不同，液冷散热系统也可分为直接接触式和间接接触式两种。

在直接接触式液冷系统中，冷却液与电池或电池模组表面直接接触，所使用的冷却液一般为电绝缘、导热性高的液体（如硅基油、矿物油），可以解决模块温度平衡的问题，但由于绝缘液体的粘度较高，通常流速不高，限制了其换热效果。系统的热交换效率在很大程度上取决于流体的热导率、粘度、密度、速度以及流体流过电池的方式。

在间接接触式液冷系统中，冷却液在管道中流动，通过翅片或散热片等介质与电池接触，带走热量，从而对电池进行冷却。对于圆柱形电池，也可以设置成环套结构。由于没有保温要求，也没有流量限制，可以选用导热系数高的液体，换热效果非常好。但在温度平衡方面，不如直接接触式液冷。为了防止泄漏和短路，间接接触时要求管道的密封性更高。

3、液冷电池散热效果

与风冷冷却系统相比，液冷冷却系统虽然复杂，但冷却效果更好（表2）。电池单体或模组与液体的传热效率与液体的热学性质（如导热系数、粘度、密度、流速等）有关。大多数直接接触液体，如矿物油，在相同流速下比空气更有效地传热。由于油品粘度大，需要较大的泵送功率，导致流量较低，有效传热系数仅比空气高1.5～4倍。

表2 液冷与风冷对比

佩萨兰等人。对发热量为30W的电池模组进行了油冷和风冷对比实验。当风冷和油冷初始温度均为25℃，电池模组初始温度为30℃时，风冷后电池模组最高温度为54℃，油冷为45℃ .

Karimi和Li在棱柱形电池组的两侧布置了冷却通道，一侧有空气，通过通道内空气的自然对流来冷却电池组；另一侧分别引入空气、硅油和相变材料（比热容较大）。而不是液体），电池通过液体的强制对流换热。结果表明，使用硅油冷却电池后，距离冷却通道最近的电池温度降低了 4°C。

纳尔逊等人。比较了硅介电液和空气的电池热管理效果，验证了液体介质比空气具有更好的加热和冷却效果。用于水冷镍镉电池，电池的热平衡也得到很好的控制。

张国庆等。设计了EV和HEV电池包的液冷系统，并结合单体D-Sized系列镍氢电池进行了数值模拟。仿真结果表明，当液体（矿物油）流速为2m·s ^-1时 ，温差控制在1℃以内。

随着液冷散热的不断发展，不仅有独立于电池包的散热结构设计，也有结合整车的设计。为提升车辆性能，自2012年起，福特汽车公司的锂宝电动车采用液冷冷却系统进行电池热管理。General Motorsd 还开发了液（水）冷电池热管理系统。

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本文由日本NEC锂电池中国营销中心于2023-04-22 11:40:38 整理发布。
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