查云飛 侯乃仁 馬芳武,2 鄭尋 于淼

（1.福建工程學(xué)院 福建省汽車電子與電驅(qū)動(dòng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州350118；2.吉林大學(xué) 汽車仿真與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春130022）

主題詞：動(dòng)力電池 液體冷卻 熱管理

縮略語

C 表示電池充放電能力倍率（1 C 表示電池1 h完全放電時(shí)的電流強(qiáng)度）

SOC State of Charge

CFD Computational Fluid Dynamics

TCS Thermal Conductive Structure

BTM Battery Thermal Management

BTMS Battery Thermal Management System

1 引言

動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車的心臟，其安全、性能以及壽命對于電動(dòng)汽車尤為重要[1-2]。動(dòng)力電池在充放電過程中，由于電池本身的阻抗以及電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生大量的熱量，使得電池溫度急劇上升和單體電池間的溫度分布不均勻，從而使電池組內(nèi)出現(xiàn)溫度梯度，以至于導(dǎo)致電池組整體性能下降，甚至發(fā)生熱失控[3-4]。為保證電池的安全性、充放電性能和延長電池壽命，需要配置高效的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)[5]。

目前針對動(dòng)力電池?zé)峁芾淼募夹g(shù)方案主要有空氣熱管理、相變材料熱管理和液體熱管理?？諝鉄峁芾碛址譃榭諝庾匀粚α鳠峁芾砗涂諝鈴?qiáng)制對流熱管理，空氣自然對流熱管理由于換熱效率低，所以一般作為其他熱管理方式的對比基礎(chǔ)[6]；空氣強(qiáng)制對流熱管理具有安裝設(shè)計(jì)簡單、壽命長和成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是會(huì)導(dǎo)致電池溫度一致性差[7]以及在電池大倍率放電下難以將溫度控制在理想范圍內(nèi)。相變材料熱管理利用相變潛熱吸收電池產(chǎn)生的熱量，擁有較大的導(dǎo)熱系數(shù)，但相變材料在單相時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)較低且相變材料自身無法散熱，若電池產(chǎn)生的熱量超過了相變材料的總潛熱，相變材料將無法吸收超出的熱量[8-9]。液體熱管理具有傳熱效率高，散熱效果明顯，冷卻速度快，溫度一致性較好，形式也較為靈活等優(yōu)點(diǎn)[10]，能夠?qū)?dòng)力電池的最高溫度和溫差穩(wěn)定在良好的范圍內(nèi)，已逐漸成為動(dòng)力電池?zé)峁芾淼闹髁靼l(fā)展方向。

本文將動(dòng)力電池液體熱管理按冷卻介質(zhì)和電池之間的接觸方式分為接觸式熱管理、非接觸式熱管理和冷卻介質(zhì)進(jìn)行全面的綜述和討論。

2 接觸式液體熱管理

2.1 常規(guī)接觸式液體熱管理

在常規(guī)接觸式液體熱管理中，冷卻劑形成一個(gè)液體池，電池組中的電池部分或全部浸在其中，這樣使得電池和冷卻液的接觸面積比較大，在相同條件下傳熱更充分，但是這也就要求冷卻液必須是電解質(zhì)且具有良好的絕緣性以防止電池工作時(shí)短路[5]。

硅油具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和絕緣性，適用于接觸式液體熱管理，羅玉濤等[11]使用硅油變壓器油為冷卻介質(zhì)，在散熱結(jié)構(gòu)為3 進(jìn)1 出的流體通道下，對電池進(jìn)行4 C 倍率放電，可將最高溫度和溫差分別控制在39.8 ℃、2.7 ℃以內(nèi)，滿足散熱要求。顏藝等[12]使用硅油變壓器油為冷卻介質(zhì)，設(shè)計(jì)對比了3 種不同形式的“U”型流道結(jié)構(gòu)，將電池在不同放電倍率下進(jìn)行仿真，得出高低交錯(cuò)式“U”型流道結(jié)構(gòu)的散熱、加熱綜合效果最好。

丙烷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，常被用作冷卻劑，Al-ZareerM 等[13]使用丙烷作為冷卻介質(zhì)，對比電池之間的間距對熱管理的影響，通過仿真得出，減小電池間距會(huì)提高電池的最高溫度，但可以改善電池的溫度一致性；較大的電池間距雖然降低了電池的最高溫度，但也增大了電池間的溫差。

2.2 霧式熱管理

除了常規(guī)接觸式熱管理，如今部分學(xué)者將噴霧技術(shù)應(yīng)用到電池?zé)峁芾碇?，噴霧技術(shù)是將液體霧化，這樣使得冷卻液與電池的接觸面積變大，更容易使冷卻液吸熱蒸發(fā)，與單相強(qiáng)制對流相比，汽化涉及從液體到氣體的相變過程，提供了比單相強(qiáng)制對流過程更高的傳熱性能[14]，由于霧化過后的蒸發(fā)冷卻是目前熱管理系統(tǒng)中采用的一種新興冷卻技術(shù)，它能夠以合理的成本耗散高熱流密度[15]。

為了使電池表面溫度降至40 ℃以下，Saw L H等[16]在2017 年采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬方法研究了霧式熱管理的熱性能，如圖1所示，仿真得出在冷卻空氣中加入速度為2 m/s、流量為0.37 g/s的水霧時(shí)，足以使電池表面溫度降至40 ℃以下；2018 年通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬，得出霧冷卻的質(zhì)量流量為5 g/s 和3%的霧負(fù)荷分?jǐn)?shù)足以確保電池模塊的表面溫度保持在40 ℃以下[17]。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意[16]

在研究水霧熱管理時(shí)，多數(shù)學(xué)者都會(huì)從流速、流量等因素研究對電池性能的影響，但Yang Y 等[18]采用計(jì)算流體力學(xué)方法研究了水滴尺寸、環(huán)境溫度、流量和空氣流速對電池性能的影響，得出水滴尺寸小時(shí)最高溫度較低，但溫差增大，水滴尺寸大時(shí)則相反，當(dāng)環(huán)境溫度低于35 ℃，風(fēng)速超過2 m/s時(shí)，0.000 2 kg/s的水流量可以滿足電池組的冷卻需求。

目前對于動(dòng)力電池?zé)峁芾矶鄶?shù)研究是正常工況下對電池溫度的控制，對熱失控蔓延的研究還不多，但熱失控蔓延的研究有助于熱管理優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，降低安全事故造成的傷害[19]。Liu T 等[20]在2019年用電加熱器加熱不同SOC 值的電池以誘導(dǎo)熱失控，得出在臨界溫度未達(dá)到之前，釋放水霧可以控制熱失控，如圖2 所示，圖中Tc和Tr分別為有細(xì)水霧熱失控臨界溫度和無細(xì)水霧熱失控臨界溫度，有細(xì)水霧的熱失控臨界溫度比無細(xì)水霧的熱失控臨界溫度至少低20 ℃，水霧應(yīng)用的保守溫度為186.5 ℃，并且隨著SOC 的增加，抑制難度也在增加，如果超過臨界溫度，則會(huì)發(fā)生熱失控；在2020 年通過實(shí)驗(yàn)研究了水霧對18650 鋰離子電池包熱失控的降溫抑制作用，得出水霧具有良好的冷卻能力，當(dāng)耗水量為1.95×10-4kg/W·h 時(shí)，可以很好地防止熱失控在電池模塊內(nèi)的傳播[21]。

通過對國內(nèi)外動(dòng)力電池液體接觸式熱管理的研究，將接觸式熱管理的特點(diǎn)總結(jié)至表1。

圖2 有無細(xì)水霧在各SOC值下的熱失控臨界溫度[20]

表1 各類接觸式熱管理特點(diǎn)

3 非接觸式液體熱管理

3.1 冷板式

冷板式熱管理結(jié)構(gòu)較為簡單，一般將冷板放在電池的底面或側(cè)面，冷卻液在冷板內(nèi)的流道里流動(dòng)以傳遞熱量。

為了得出冷板放在電池底面時(shí)的最佳冷卻開啟溫度、流速以及冷卻液初始溫度，劉兵[7]采用單因素與多因素變量結(jié)合的分析方法，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)得出冷卻液初始溫度對最高溫度、溫差影響最大，其最優(yōu)組合的冷卻開啟溫度、流速以及冷卻液初始溫度分別為28 ℃、0.108 m/s、28 ℃。

Chen S 等[22]將冷板放在電池的側(cè)面，如圖3 所示，采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法，并通過仿真和實(shí)驗(yàn)對比了原有的設(shè)計(jì)和優(yōu)化后的設(shè)計(jì)，得出在720 s 的放電過程中，優(yōu)化后的設(shè)計(jì)比原有的設(shè)計(jì)最高溫度降低1.87 ℃，溫差控制在0.35 ℃以內(nèi)。

圖3 電池冷卻系統(tǒng)模型圖[22]

目前冷板式電池?zé)峁芾淼难芯慷鄶?shù)集中在對冷卻板材料、管路結(jié)構(gòu)和冷卻液初始溫度等，對于冷卻板厚度對散熱性能影響的研究還很少，黃富霞等[23]將冷板放在電池的側(cè)面，利用流體力學(xué)仿真工具，對不同厚度冷卻板的冷卻模型進(jìn)行有限元分析，得出隨著冷卻板厚度的增加，電池模塊最高溫度、最低溫度均有下降的趨勢，但總體變化較平緩，厚度為6 mm 的冷卻板具有較好的綜合性能。

在冷板式電池?zé)峁芾眍I(lǐng)域，部分學(xué)者對比了冷板放在電池側(cè)面和底面的冷卻效果，得出放在側(cè)面的效果更好，冷板接觸面積越大，分布越廣，能更有效地防止溫升，并且將冷板集成到電池組中不那么復(fù)雜和昂貴，有更多的空間用于更高的冷卻劑循環(huán)率[24-25]。

冷板不僅能用于常規(guī)熱管理，設(shè)計(jì)得當(dāng)還可以作為滅火裝置，郭盛昌等[26]發(fā)明了一種電池模組，將冷板裝在電池頂部作為滅火裝置，包括排液裝置，其中排液裝置包括正常狀態(tài)與排液狀態(tài)，當(dāng)處于排液狀態(tài)時(shí)冷卻液體從排液裝置中流出對電芯降溫。

3.2 冷卻通道式

冷卻通道式相較于冷板式的接觸面積大，流道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較靈活多樣，但是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

為了比較小型冷卻通道和較大型冷卻通道的熱管理性能，Yates M 等[27]在放電倍率為5 C，環(huán)境空氣溫度為24.85 ℃條件下進(jìn)行研究，得出在質(zhì)量流量大于5×10-5kg/s的情況下，2種設(shè)計(jì)方案的最高溫度均可控制在34.85 ℃以下，溫差可控制在3.15 ℃以內(nèi)，使用小型冷卻通道的電池組最高溫度低于使用較大型冷卻通道的電池組最高溫度，但溫度一致性較差且成本較高；為了得出放電倍率和冷卻劑初始溫度對電池最高溫度和溫差的影響，Gundran J E M 等[28]設(shè)計(jì)了一種波浪通道的水冷系統(tǒng)，系統(tǒng)采用穩(wěn)態(tài)CFD 模擬進(jìn)行求解，研究發(fā)現(xiàn)，隨著放電倍率的增加，最高溫度和溫差均增加，改變冷卻劑初始溫度對電池溫度有相應(yīng)的影響，但對溫差沒有影響；為了研究入口速度、通道數(shù)和接觸角對冷卻性能的影響，Wang Y 等[29]通過仿真得出接觸角對冷卻性能影響最大，入口速度次之，通道數(shù)對冷卻性能影響不大，接觸角在70°左右冷卻性能最好。

部分學(xué)者為了更好的對電池進(jìn)行熱管理，設(shè)計(jì)不同的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，Lai Y 等[30]提出了一種緊湊、輕便的液體冷卻電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，如圖4所示，利用一種具有3 個(gè)曲面接觸面的TCS 對圓柱形電池進(jìn)行冷卻，通過數(shù)值研究，得出影響因素由大到小依次為內(nèi)徑、接觸面高度和接觸面角，之后對TCS 重新設(shè)計(jì)，可使TCS的壓降、溫差和質(zhì)量分別降低了80%、14%和46%，最高溫度控制在34.85 ℃以下。

為了靈活調(diào)節(jié)電池單體的溫度，降低溫差，Zhou H 等[31]提出了一種基于半螺旋管的液體冷卻方法，如圖5 所示，該方法流體體積小、無滯留區(qū)，且流體方向變化多樣，分析了進(jìn)口質(zhì)量流量、螺旋管間距和螺旋管數(shù)、螺旋管流體流向和直徑對5 C 放電倍率下電池?zé)峁ば阅艿挠绊?，結(jié)果表明，隨著進(jìn)口質(zhì)量流量的增大，最大溫度和溫差均減小，在流量為3×10-4kg/s時(shí)達(dá)到最優(yōu)。

圖4 傳熱結(jié)構(gòu)和電池俯視圖[30]

圖5 使用半螺旋導(dǎo)管的電池模塊示意[31]

為了驗(yàn)證模型的可靠性，Cao W等[32]將180節(jié)電池的典型模型的仿真結(jié)果與相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，研究了不同充放電倍率和不同流量下的熱性能，證明了充放電倍率增大會(huì)使電池最高溫度和溫差都變大；增加流量可以將工作溫度和溫度一致性保持在一個(gè)適當(dāng)?shù)闹祪?nèi)。

3.3 熱管式熱管理

熱管式熱管理系統(tǒng)所采用的熱管是由Gaugler在1942 年提出的利用液體介質(zhì)相變特性的傳熱結(jié)構(gòu)[33]。熱管由蒸發(fā)段和冷凝段組成，能夠快速高效地把熱量從A 處輸送到B 處，熱管在電子器件[34-35]、太陽能利用[36]和航空航天[37]等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。熱管具有高傳熱系數(shù)、高均溫性、熱流密度可變、結(jié)構(gòu)形式多樣等特點(diǎn)，適合應(yīng)用于電動(dòng)汽車的電池散熱，國內(nèi)外很多學(xué)者對熱管應(yīng)用到動(dòng)力電池的散熱進(jìn)行了各種研究。

為了得到充液率和熱流密度等對熱管傳熱性能影響，蘇宏超[38]設(shè)計(jì)制作了一種新型的U型板式熱管，通過實(shí)驗(yàn)研究，得出當(dāng)充液率為63%，熱流密度35 W/cm2時(shí)，U型板式熱管傳熱性能最好；為了得到更好的單體電池和電池組溫度一致性、更簡單的設(shè)計(jì)以及更安全的系統(tǒng)，如在高壓地區(qū)沒有泄漏問題，Joshua S 等[39]設(shè)計(jì)了一種用于電動(dòng)汽車大功率電池的基于熱管的熱管理系統(tǒng)，該熱管系統(tǒng)由2部分組成：一種是從單體電池中吸取熱量的熱管冷卻板，另一種是將電池?zé)崃總鬟f到300 mm 外的液體冷卻板的遠(yuǎn)程傳熱熱管；為了得到傳導(dǎo)元件高度、周向角傳導(dǎo)元件厚度和電池間距對電池組件溫度分布的影響，Wang J等[40]設(shè)計(jì)了一種基于熱管的圓柱形電池組件熱管理系統(tǒng)，采用CFD 模型仿真并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，通過正交數(shù)值試驗(yàn)，得出傳導(dǎo)元件高度和周向角對電池組件溫度分布影響非常顯著，傳導(dǎo)元件厚度和電池間距不顯著。

部分學(xué)者在單一的熱管式熱管理上結(jié)合其他方式進(jìn)行混合熱管理，以達(dá)到更好的效果。Behi H 等[41]采用空氣冷卻和熱管混合動(dòng)力熱管理，由CFD 軟件COMSOL Multiphysics 求解，結(jié)果表明，與自然風(fēng)冷相比，增加普通熱管和增加銅片熱管的最高溫度分別降低了42.1%和42.7%，此外溫度均勻性分別提高了66.5%和73.4%。

Gou J等[42]采用一種新型的內(nèi)部冷卻方法，研制了一種空心棒NiCoMn 電池，如圖6 所示，將純相變材料和熱管輔助的相變材料分別填充到芯軸中，組成相變材料內(nèi)冷電池和熱管相變材料內(nèi)冷電池，通過實(shí)驗(yàn)得出在3 C 放電倍率下，熱管相變內(nèi)冷的最高溫度為33.8 ℃，最大溫差僅0.9 ℃，低于1 ℃。

圖6 內(nèi)冷電池示意[42]

3.4 混合式熱管理

由于空氣熱管理具有設(shè)計(jì)簡單、成本較低、維護(hù)簡單以及安裝容易等優(yōu)點(diǎn)，相變材料熱管理具有設(shè)計(jì)簡單、維護(hù)簡單、安裝容易以及不需要消耗動(dòng)力電池的能量等優(yōu)點(diǎn)，所以國內(nèi)外眾多學(xué)者在液體熱管理的基礎(chǔ)上結(jié)合空氣或相變材料進(jìn)行混合熱管理。A Y L等[43]所開發(fā)的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)是熱電冷卻、強(qiáng)制空氣冷卻和液體冷卻的結(jié)合，通過試驗(yàn)表明，該方法具有良好的散熱效果；Yang W 等[44]提出了一種微型通道液體熱管理和空氣熱管理相結(jié)合的混合熱管理系統(tǒng)，如圖7 所示，通過試驗(yàn)和仿真分析，當(dāng)進(jìn)水口流量或進(jìn)氣速度增大時(shí)，最高溫度和溫差減小，耗電量顯著增加。

圖7 電池模塊原理[44]

對于采用相變材料熱管理的動(dòng)力電池包，隨著電池放電過程的進(jìn)行，電池持續(xù)生熱，當(dāng)電池產(chǎn)生的熱量超過相變潛熱時(shí)，相變材料熱管理則不能繼續(xù)帶走電池產(chǎn)生的熱量，此時(shí)可結(jié)合液體熱管理來帶走剩余熱量。姜貴文等[45]采用液冷管和相變材料混合散熱模型，當(dāng)液冷管為6 通道時(shí)，在3 C 和4 C 倍率放電的情況下，都能將電池組的最高溫度控制在45 ℃以下，在4 C放電倍率時(shí)，最大溫差為5.08 ℃，略微超過5 ℃；而當(dāng)僅有相變材料熱管理時(shí)，只有放電倍率不超過2 C時(shí)才能滿足要求，說明液冷能很好地降低電池組間的最高溫度和溫差。Ziye L 等[46]將2 塊冷卻板夾有一個(gè)低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的復(fù)合相變材料，使相變材料的質(zhì)量減少94.1%，體積減少55.6%，通過試驗(yàn)驗(yàn)證得出該系統(tǒng)在1.5 C 放電倍率下，最高溫度不超過37.0 ℃，最大溫差不超過3 ℃。與傳統(tǒng)的液體冷卻系統(tǒng)相比，該混合系統(tǒng)不僅效率高，而且質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)簡單，可靈活適應(yīng)任意形狀的電池；Kong D 等[47]提出了一種復(fù)合相變材料與液體冷卻耦合的熱管理系統(tǒng)，如圖8 所示，在30 ℃環(huán)境溫度下對該系統(tǒng)進(jìn)行了3 C 倍率放電，0.5 C 倍率充電循環(huán)下的模擬，可使電池組的最大溫度和溫差分別保持在41.1 ℃和4 ℃，在此基礎(chǔ)上，提出了一種通過監(jiān)測相變材料溫度和環(huán)境溫度來控制冷卻液速度和入口溫度的液體冷卻策略，這進(jìn)一步提高了電池組在不同環(huán)境溫度下循環(huán)時(shí)的熱性能，并顯著減少了在此過程中液體冷卻的不必要的電力消耗。

圖8 帶有相變-液體熱管理系統(tǒng)的電池組整個(gè)系統(tǒng)以及橫截面示意[47]

為了合理應(yīng)對動(dòng)力電池在不同工況下的發(fā)熱，Wei Y 等[48]設(shè)計(jì)了一種3段冷卻結(jié)構(gòu)，如圖9所示，第1段的空氣冷卻模式用于小載荷分配驅(qū)動(dòng)模式中，第2段的水冷用于中等負(fù)荷駕駛模式下，第3 段混合冷卻模式下的冷卻水為空調(diào)冷凝后的水，能夠在降溫階段實(shí)現(xiàn)電池極端負(fù)載驅(qū)動(dòng)，結(jié)果表明，與無冷卻基準(zhǔn)相比，該方法可使冷卻效率和溫度均勻性提高70%以上，與風(fēng)冷相比，冷卻效率提高了20%，均勻性提高了56%。為了改善液冷板散熱不均易出現(xiàn)溫差的問題，劉瑋等[49]發(fā)明了一種基于熱管和液冷裝置的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，原理圖如圖10 所示，流量控制裝置通過管路分別與熱管和液冷板相連通，根據(jù)實(shí)際情況給熱管和液冷板合理分配冷卻液流量，保證電池的最高溫度和溫差在正常范圍內(nèi)。

圖9 3段式混合冷卻系統(tǒng)的概念系統(tǒng)配置示意[48]

圖10 一種基于熱管和液冷裝置的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)原理[49]

通過對國內(nèi)外動(dòng)力電池液體接觸式熱管理的研究，將接觸式熱管理的特點(diǎn)總結(jié)至表2。

表2 各類非接觸式熱管理特點(diǎn)

4 冷卻介質(zhì)

眾所周知，當(dāng)溫度低于0 ℃時(shí)水就會(huì)凝固結(jié)冰，在一些地區(qū)的冬季，溫度通常保持在0 ℃以下，如果水結(jié)冰，冷卻系統(tǒng)就不能使用，并且由于結(jié)冰水的體積膨脹，可能會(huì)造成嚴(yán)重的電池?fù)p壞，這種破壞甚至?xí)戆踩珕栴}，為了防止冷卻水在冬季凝固，經(jīng)常使用水/乙二醇的混合物來降低冷卻劑的凝固點(diǎn)[50-51]，但水或水乙醇的導(dǎo)熱系數(shù)較低導(dǎo)致冷卻效率受到限制，所以部分學(xué)者研究納米流體和液態(tài)金屬作為冷卻介質(zhì)，從而達(dá)到更好的冷卻能力和能源效率。

金屬的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的換熱流體，將金屬顆粒加入液體中可以顯著提高液體的導(dǎo)熱系數(shù)，這種在傳統(tǒng)液體中加入納米顆粒的新型液體被定義為納米流體[52]。Huaqiang L 等[53]采用三維CFD 模型比較了不同基液(即水、乙二醇和機(jī)油)及其相應(yīng)的納米流體作為冷卻劑時(shí)冷卻系統(tǒng)的熱性能，采用半實(shí)物仿真計(jì)算了納米流體的熱導(dǎo)率，得出納米顆粒加入導(dǎo)熱系數(shù)較低的流體影響較為顯著，尤其是對機(jī)油，納米顆粒的加入可以大大降低電池的最高溫度，但對溫度均勻性的改善有限，此外，通過增加懸浮納米顆粒體積分?jǐn)?shù)，可以明顯提高性能，但同時(shí)增加了功耗。Kiani M等[54]對比了不同雷諾數(shù)和納米流體的電池?zé)峁芾硇阅埽贸隼鋮s液雷諾數(shù)為900、AgO 體積分?jǐn)?shù)為2%的納米流體達(dá)到最優(yōu)，可使電池的最高溫度降低4.1 ℃左右。

液態(tài)金屬液滴的導(dǎo)熱性較高，將液態(tài)金屬作為動(dòng)力電池液態(tài)熱管理的冷卻介質(zhì)能夠使熱量有效地散出。Yang X H 等[55]對液態(tài)金屬冷卻系統(tǒng)的冷卻性能、泵功耗和模塊溫度均勻性進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析和數(shù)值模擬得出液態(tài)金屬的冷卻性能優(yōu)于水冷，同時(shí)泵的耗電量和維護(hù)要求也更低。此外，液態(tài)金屬還能有效地應(yīng)對水冷難以處理的壓力和極限情況，如快速充放電過程和高溫環(huán)境下，這使得它在高驅(qū)動(dòng)力電動(dòng)汽車和快速充電電池中成為一種有前景的冷卻劑。Liu Z 等[56]將液態(tài)金屬作為冷卻介質(zhì)，可以根據(jù)流量階段和特定工況選擇最優(yōu)流速的BTMS，通過數(shù)值模擬得出液態(tài)金屬比水具有更好的冷卻性能，且該BTMS 與傳統(tǒng)的BTMS 相比，在恒定環(huán)境溫度下放電速率發(fā)生變化、恒定的放電速率下環(huán)境溫度發(fā)生變化以及環(huán)境溫度和放電倍率都發(fā)生變化的情況下，功耗分別降低了47%、25.6%和47%。

5 總結(jié)與展望

動(dòng)力電池使用液體熱管理技術(shù)可以使電池保持在最高溫度下、電池溫差都處于良好范圍內(nèi)，本文基于動(dòng)力電池液體熱管理技術(shù)背景，結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，得出以下結(jié)論：

（1）冷卻液流速、初始溫度以及在有冷卻通道情況下的通道數(shù)、通道形狀和通道結(jié)構(gòu)都會(huì)對電池最高溫度和溫差產(chǎn)生影響，當(dāng)冷卻液初始溫度變化時(shí)，對最高溫度、溫差影響最大。

（2）目前常規(guī)接觸式液體熱管理和霧式熱管理應(yīng)用到動(dòng)力電池?zé)峁芾磉€較少，主要是因?yàn)閷鋮s液要求較高，冷卻液必須是電解質(zhì)且具有良好的絕緣性以防止電池工作時(shí)短路。

（3）冷板式和冷卻通道式熱管理由于其結(jié)構(gòu)形式多樣、成本較低而成為目前的主流熱管理方式。

（4）由于部分地區(qū)的冬季氣溫較低，溫度通常保持在0 ℃以下，從而使水結(jié)冰，導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)不能正常工作，納米流體和液態(tài)金屬作為冷卻介質(zhì)則可以有效解決這一問題。

（5）在動(dòng)力電池液體熱管理領(lǐng)域，目前研究多為放電過程中的冷卻熱管理，但是在相同充放電倍率下，電池在充電過程中產(chǎn)生的熱量大于放電過程，又因?yàn)楸姸嗟貐^(qū)在冬季時(shí)氣溫較低，動(dòng)力電池在低溫環(huán)境下時(shí)，會(huì)出現(xiàn)容量降低、內(nèi)阻增大、老化加快以及安全性降低等情況，所以動(dòng)力電池液體熱管理在考慮放電過程的同時(shí)也應(yīng)該考慮充電過程和低溫下的熱管理。