动力电池热管理领域的一颗“新星”

　　动力电池是电动汽车的“心脏”，在方方面面影响着汽车的性能：能跑多少公里？最大加速度是多少？寿命如何？当然还有更重要的安全性能，上述问题均是电池不可推脱的责任。

　　诸多因素影响着动力电池的性能， “帮凶”之一便是温度。电动车主们都深有感触，谈“温”色变。拿某款电动车型来说，明明有350公里的续航里程，到冬天后只剩原先的70%，很多人舍不得打开空调取暖，生怕影响到驾驶里程。实际上，高温也同样带来电池的损害。公开的研究数据表明，一节索尼18650电池在55℃条件下循环500次，容量衰减近70%。

　　此外，电池之间温度的差异带来的“短板效应”也是造成性能衰退的重要因素。虽然对于不同体系的动力电池，其最佳工作温度区间不同，但是无论如何，该区间通常远远窄于运行的温度区间。因此，有必要通过设计合理的热管理系统，控制电池工作在适宜的温度范围内，并有效控制温差，从而提高电池性能。

　　当前的电池热管理方法有许多，诸如大家熟知的风冷散热以及液冷散热。由于空气对流换热系数相对较低，且强制风冷可能带来较大的温度差异，因此许多汽车厂商倾向于采用液冷板散热方案带来更好的用户体验。然而，随着动力电池能量密度不断提高、快速充电要求的提高以及对寿命要求的提升，迫切需要发展新的热管理技术来解决当前的技术瓶颈，热管这种高效导热元件便是未来高性能动力电池热管理系统最佳选择。

　　什么是热管？

　　热管是一种依靠气液相变原理的高效传热元件。液体工质在受热端蒸发汽化, 在压差驱动下流向另一端并在冷凝段凝结放热, 冷凝后的工质通过毛细力沿多孔材料返回蒸发段。由于其具有超高的导热系数，目前已被广泛应用与能源化工、航天航空、电力电子等领域，在动力电池热管理领域是一颗“潜力新星”。

　　采用热管进行电池热管理的优势

　　散热效率高

　　热管具有极低的热阻(~0.1K·W-1)和极高的导热系数(＞1000W·m-1K-1)，其散热热流密度可达50W·cm-2以上，换热能力远高于依靠强制风冷或单相流体对流换热方法。

　　加热速率快

　　公开的研究数据显示，通过热管导热对电池进行加热，其升温速率是传统PTC加热升温速率的1.5倍。30W加热功率下可在3分钟内升温20℃，若功率为70W，则可在2min内升温40℃，因此可大大缩短寒冷环境下电动汽车启动时间。

　　均温性能好

　　研究显示，一根长度为1m的微通道热管，在一端进行加热，其沿长度方向的温差不到2℃；一个380cm2的平板热管中心处施加一个面积为1cm2、产热量20W热源，整个表面的温差也在2℃以内，体现了热管优异的均温性。

　　安全性好、可靠性高

　　采用热管的电池包内无需通入水路循环，实现水、电分离，具有更高的安全性。此外，系统整体结构简单，维修方便，因此系统可靠性更高。

　　当前，许多热管理行业的学者及工程师们将目光聚焦于热管技术，展开了一系列理论与实验研究。已有的研究包主要涉及：动力电池产热特性对热管传热的影响分析、针对动力电池的热管设计方法研究、热管理系统散热结构设计方法研究，以及采用热管的电池低温加热研究。已有的研究验证了热管的可靠性与应用价值，但是随着电动汽车对热管理系统要求的提升，热管的研究仍有待进一步深入：

　　进一步结合实际车用工况，对热管散热制定有效的实时控制策略，实现高效、低能耗电池热管理。

　　充分考虑热管结构设计及其布置方式，优化传热性能，特别是针对平板类型热管的性能分析及结构设计优化。

　　综合系统热、电特性以及系统能耗和轻量化等指标，提出热管理系统多目标优化方案。

　　低温环境下的加热策略研究有待进一步深入。

　　《科学通报》2019年第7期发表清华大学汽车安全与节能国家重点实验室张扬军课题组撰写的文章“基于热管技术的动力电池热管理系统研究现状及展望”，针对车用动力电池热管理热点问题，综述了热管技术在动力电池热管理系统中的应用及研究现状，总结现有研究存在的不足及需要突破的关键问题。