四种主要的电池热管理技术：空气冷却、液体冷却、相变材料冷却以及热电冷却。

对当前的几种主流电池热管理技术进行了深入探讨，包括空气冷却、液体冷却、相变材料冷却和热电冷却技术，分析了它们各自的优缺点，并预测了未来可能的发展趋势。

2.1 空气冷却

空气冷却是一种比较容易想到的技术，在其他行业一直有应用：

空气冷却可以分为被动式的自然冷却和主动式的强制冷却。这两种方式都是通过空气流动来带走电池产生的热量，从而实现冷却。其优势在于结构简单、成本低、环保无污染。

自然冷却：这是一种被动冷却技术，只需设计好散热风道即可。例如，早期的Nissan Leaf电动汽车就采用了这种冷却方式。但这种方法很难满足动力电池的高效冷却需求，可能会影响电池的寿命。

强制空气冷却：相较于自然冷却，这种技术通过增加风扇等设备来加强空气流动，提高冷却效果。但这也意味着噪音和能耗的增加。另外，通过调整气流通道的形状，可以进一步提高冷却效果。

图2 (a)采用自然空气冷却的锂离子电动汽车Nissan Leaf[5,34] ；(b) 自然空气冷却示意图[36] ；(c)主动空气冷却示意图[36] ；(d), (e) 主动风冷储能集装箱示意图

在电动飞行设备中，空气冷却技术因其轻便、低能耗等特点仍是首选。例如，某些电动无人机和电动飞行汽车都采用了自然空气冷却技术。特别是对于注重重量的电动飞行设备，适当设计的风道还可以提高其散热效果。

图3 (a)某电动无人机 ；(b) 自然空冷电池模组；(c) 用于航模无人机的3.7 V软包锂离子电芯；(d) 某电动飞行汽车；(e) 碳纤维底座分散式电池舱；(f) 自然空冷电池模组；(g) 全极耳叠片高功率低发热率电芯

2.2 液体冷却技术

   图1：Tesla Roadster电动汽车，由18650锂离子电池驱动

众所周知，锂离子电池对温度非常敏感。温度过低时，电池的性能会受到影响，特定类型的电池如磷酸铁锂电池，低温下其导电性会大幅下降。而在高温下，电池可能会遭受热失控甚至引发爆炸等安全事故。

冷却技术在热管理中扮演了关键角色，它确保电池温度不过高，从而保护电池并确保其安全运行。尽管我们已有一些电池冷却方案，但仍需在散热、温度均衡和成本等方面进一步优化。

液体冷却使用冷却液对电池进行热交换，能够高效、迅速地散热。这种技术分为直接液冷和间接液冷。在直接液冷中，冷却液直接与电池接触，例如沉浸式液冷。而间接液冷则通过特定部件，如冷却板，来达到冷却效果。

2.2.1 冷却板液冷

与空气冷却相比，冷却板液冷技术更为高效，且冷却板多为铝或铝合金，成本相对较低。主要研究方向是优化冷却板的结构和流体流动特点，以简化制造过程并增强其效果。

近期研究主要集中在冷却液通道的设计和冷却液的流动方向。例如，有专家在蛇形流道的基础上，设计了一种新型液冷板。这种新设计在特定条件下能大大提高冷却效率。也有专家则设计了基于方形电池的蜂窝结构冷却板，该设计通过增加冷却通道提高了散热效果。这些研究均指出，合理的冷却液通道设计和流动方向对温度均匀性十分关键。整体而言，冷却板液冷技术已相当成熟，广泛应用于多种电动设备。

应用实例

冷却板液冷技术已被广泛使用在储能电站和电动汽车等领域。某公司的冷却板液冷产品及相关专利展示了其在实际应用中的效果。特斯拉4680CTC电池包内部的蛇形冷却板也采用了这种技术，以增大接触面积并提高冷却效果。

图4 (a)锂离子软包电池的二次流蛇形通道冷却板示意图；(b) 方形LiMn2O4电池的微型U型冷却板示意图；(c) 方形 LiFePO4电池的蜂窝状流道冷却板示意图

图5 (a)冷却板液冷电池舱；(b) 冷却板液冷电池包及内部结构简图；(c) 冷却板液冷组合式储能电池柜；(d) 冷却液循环管与电池板的安装结构示意图

图6 (a), (b)特斯拉4680 CTC电池包及电芯间蛇形冷却板示意图；(c), (d) 某公司麒麟电池包及冷却板安装示意图；(e), (f) 某公司刀片CTB电池包及冷却板组件示意图

总的来说，冷却板液冷技术对于大多数应用场景都是非常有效的。其主要材料如铜和铝具有良好的热传导性能，成本适中，非常适合用于电动汽车或其他冷却需求较高的设备。在实际应用中，为确保高质量的冷却效果，需要根据电池类型和结构来设计合适的冷却通道并选择适当的材料。

2.2.2 浸没式液冷

浸没式液冷技术是将电池与其他发热部件完全浸入冷却液中。相较于传统的风冷，这种技术降低了噪音和能耗，同时也更好地控制了电池的温度。尽管此技术的效果卓越，其主要缺点在于系统重量和体积相对较大，这使其在电动汽车中的应用受到限制。但对于固定的储能电站来说，此技术非常理想。

浸没式液冷主要使用绝缘油和氟化液作为冷却剂，尽管成本较高。不过，研究已证明，这种冷却技术可以确保电池的平均温升不超过5℃，同时各电池之间的温差也仅为2℃。这有助于提高储能电站的使用寿命和安全性。

图7 (a)三元软包锂离子电池组油浸式液冷BTMS及结构示意图；(b) 小型NCM811动力电池油浸式液冷BTMS原理图及4种 绝缘油进出口方式示意图；(c) 18650 LiCoO2电池的油浸式液冷实验示意图和电池在不同冷却条件下的温度曲线

结论：浸没式液冷技术在电池冷却方面有很大的潜力，特别是对于储能电站这样的大型设备。但在电动汽车中的广泛应用仍需解决一些问题，如成本、体积和设计的挑战。

2.3 相变材料冷却技术

基于相变材料（PCM）的电池热管理技术是一种创新方法，它通过利用PCM的热储存与释放特性来维持电池在最佳温度。这种方法的优点有多个：它不需要额外的能量、没有运动的部分、维护成本低，而且它能够很好地确保电池温度均匀。

目前，热管理中常用的PCM材料有：

有机材料，如石蜡、烷烃和有机酸。

无机材料，如水溶液、盐类水合物和熔融盐。

共晶材料。

但PCM本身的热导率并不高，因此通常要加入其他材料如泡沫铜、膨胀石墨和纳米颗粒，以提高其热导性。这也能解决PCM的某些物理问题，例如相变后的流动性问题。

为了更直观地理解这一点，我们可以参考最近的一些研究。例如，有专家制造了一种由月桂酸和石蜡与膨胀石墨结合的复合相变材料，此材料成功地将某电池的最高温度降低到了42.39℃。还有其他研究也表明，结合其他冷却方法，如空气冷却，可以进一步增强PCM的冷却效果。

图9 (a)采用复合相变材料冷却的软包锂离子电池 ；(b) 圆柱形LiFePO4电池的CPCM/空冷复合式散热模型；(c) 26650锂离子电池的CPCM/液冷复合式散热模型

这种技术不仅仅局限于实验室。事实上，某款电动飞机已经采用了PCM散热系统。尽管PCM具有轻便的优点，但其较高的成本限制了它的广泛应用。

在实际应用中，为了提高效果，PCM常与其他冷却方法结合。例如，增加翅片可以提高散热效率，而某些翅片结构可以用作支撑，防止PCM流动。当然，选择PCM时还需要考虑其他因素，如其熔化温度、安全性以及厚度等。

图10 (a)某四座电动飞机；(b) 某动力锂离子电池；(c) 软包电芯和均热片组合示意图 ; (d) 新型纳米储热相变材料

综上所述，尽管PCM在电池热管理中显示出巨大潜力，但仍然需要进一步的研究和优化，以确保它在实际应用中的高效和安全。

2.4 热电冷却技术

热电冷却是一种先进的主动式冷却技术，核心基于珀尔帖(Peltier)效应。简而言之，当电流通过特定材料时，它会在一侧吸收热量并在另一侧释放，从而达到冷却效果。这种技术的主要优势包括：无需制冷剂、低能耗、启动迅速、稳定性好、低噪音以及无需运动部件。但挑战也很明显，例如冷却效率不高，且制造大型设备时会遇到困难。

研究者为了优化这种技术在电池热管理系统中的应用，进行了大量实验。例如，有专家设计了一种结合铜网的双二氧化硅冷却板与风冷的系统，发现二氧化硅冷却板的厚度与电池的温度表现有关，确定1.5mm是最佳厚度。另一项研究结合了热电冷却与液体冷却，实验证明此结合方式可以有效提升冷却效果。

然而，尽管有这些积极的研究进展，热电冷却技术目前主要适用于小型电子设备，因为其制冷效果有限，且大面积应用存在技术难题。

图11 (a) NCM软包电芯双面半导体铜网复合散热系统；(b) LiFePO4电芯底部TEC制冷与液冷板复合热管理示意图；(c) 基于TEC的复合散热结构及TEC实物图和示意图

综上所述，热电冷却技术与其他冷却技术的结合是其商业化应用的关键。例如，结合液体冷却可以实现更快的制冷并提高温度均匀性。此外，为了降低成本，TEC的制造工艺仍需进一步研究和优化。

分割线-------

上文，和很多综述性的文章一样，通常喜欢墙头草似的列举了诸多热管理系统，包括风冷、相变、液冷、浸没式、热电冷却；

然后在一碗水端平似地给出各自工况的介绍，大多认为未来的趋势是多种冷却技术并行；

对此，笔者不以为然，就像革命不是请客吃饭一样；热管理技术的未来，也不是请客吃饭，是寡头和顶流技术；

太阳下，从来没有什么新鲜事；

Leader老师，在很多场合也说了个人观点，也将继续保持如下观点：

所谓的热电、PCM相变、浸没式在乘用车市场是已经被验证过，被淘汰的东西。

在储能市场，很多外行的进入会觉着新鲜，作为噱头或者忽悠老板的技术方向，可以搞个项目玩一下。

Leader老师断言，未来的热管理必定是液冷系统、直冷系统平凡天下；

当然，笔者看不到那么远，但从以往所有这些烂大街的技术来看，

热电-能效比太低、不适用；

PCM相变-重量太大、成本太高，打辅助没问题，作为主流完全是得不配位；

浸没式-听说这家伙在储能市场又开始搞风搞雨，也必定是没有出路的；

风冷-在储能市场或许也就抓着最后的落后不升级产业在死磕；

今天把话放在这：未来，是属于液冷和直冷的；

君且看，行业顶流Leader老师高阶视频课程分享 | 电池包热设计与热仿真

热管理工程师，作为一个辅助工种，越来越占据重要的地位；

CATL麒麟电池包：

看一个随时在网上百度\猎聘等可以搜到的岗位：

• 热管理工程师的待遇：

大家有空可以在网上搜一下，猎聘、同城无忧、智联招聘等都是比较好的平台。目前行业需求巨大，前景比较广阔。

• 如何成为一名合格的动力电池热管理设计及仿真工程师 应届毕业生必看宝典：

如何系统地了解新能源电池热管理，分解电池包热管理需求，学习最新电池包热管理技术，缩短与别人的差距呢？

大家好，我是Leader老师，近10年专注新能源动力电池包热管理设计及CFD仿真。

首先，需要对热管理系统有一定的了解:

①学员可以掌握动力电池热管理设计的工作流程、设计要点及必备技能；②掌握新能源行业常见整车热管理要求：低温加热+高速行驶、常温快充、高温高速行车等，熟悉新能源汽车对电池热管理技术的行业标准；③解决学员在在动力电池作为热管理工程师设计过程中遇到的难点和痛点；④能够独立建立热管理系统方案设计尤其是液冷系统设计能力；⑤与BMS工程师针对热管理策略进行控制策略设计、校核能力：⑥掌握动力电池热流CFD仿真结果后处理的方法，以及评估动力电池热管理的方法，能够正确解读电池热管理和热仿真结果，并提出合理的结构设计优化、充放电MAP策略改进建议；⑦热管理系统零部件设计选型、评判能力、供应商推荐考核等；

这就是强烈推荐给大家的：《B视频教程_新能源汽车动力电池PACK热管理系统设计33讲》，结合实际工程应用，持续答疑，并送液冷板、液冷电池包3D数模等文件：

其次，需要对设计的热管理进行验证：

注：具体授课形式可联系咨询，图片仅供参考。

2023-2024起航培训课程，新能源《动力电池包热仿真+热设计工程师57讲》，超值等你来。

电池包云图（等效MAP-3.5C）

进出口温度变化（目标20℃，最高功率5kw）

热失控仿真（整包级别）

钜惠来袭！！！，为方便大家进一步提升，再限量66份半价出售全套 《新能源电池包热管理仿真入门到进阶24讲》：全网唯一解决MAP等效4C充电、热失控热抑制、恒功率AC/PTC、滞环控制、电路SOC模型设置教程。

最后，针对目前市面上比较火的直冷电池包技术：

直冷相变仿真 | 一口气看完动力电池包热管理 | 系统设计与热仿真分析-Leader老师最新视频-直冷仿真

话不多说，直接上图：

了解更多课程（《FLuent动力电池包PACK热仿真28讲》、《动力电池包PACK结构设计30讲》；《储能电池包热设计与热仿真56讲》），关注公众号：新能源电池热管理

或加微信号：zxnhww996