車用鋰離子電池冷卻技術研究進展

胡遠志,賴貞行,劉 西,妥吉英,齊 創

(重慶理工大學 車輛工程學院, 重慶 400054)

0 引言

作為化石燃料汽車的替代品,電動汽車具有低污染、高效率等優點。為了緩解全球變暖、能源枯竭等一系列問題,新能源汽車的大規模使用不僅可以減少約20%的溫室氣體排放,而且可以顯著減少不可再生能源的使用[1]。因此,新能源汽車近年來受到各國的廣泛關注[2]。另外,伴隨著我國“碳達峰”和“碳中和”目標的提出,大力發展新能源汽車勢在必行。同時,發展新能源汽車也是我國由汽車大國轉向汽車強國的關鍵。經過近十年國家政策的不斷支持,我國新能源汽車的年銷售量也在快速增加。2021年我國新能源汽車銷量大幅度提升,首次突破300萬輛。隨著新能源汽車保有量的不斷增加以及人們對新能源汽車的認知提升,與動力電池相關的一系列問題,如續航問題、安全問題、快速充電問題等,也被社會所廣泛關注。其中,續航問題和安全問題與電池熱管理系統(battery thermal management system,BTMS)都有著直接的關系。

鋰離子電池的老化程度或健康狀態(state of health,SOH)直接決定了車輛的續航里程[3]。而溫度是影響電池老化的主要因素。鋰離子電池的最佳工作溫度范圍是15～35 ℃[4-7]。當運行環境溫度過高時,鋰離子電池的壽命會受到顯著的影響。研究表明,在55 ℃放電500次后,鋰離子電池的容量衰退了近70%[8-9]。此外,電池包內部的不均勻溫度分布也會影響不同區域電池的電化學反應速率,從而導致部分電池的能量利用率和壽命的降低[10]。研究表明,電池內部的溫差超過5 ℃會導致25%的容量衰退和10%的功率下降[11-13]。因此,保持鋰離子電池運行在最佳溫度范圍內并盡可能減少電池包內部的溫度不均勻性,設計高效可靠的電池熱管理系統是必要的[14]。

另外,當鋰離子電池運行在不合適的工作溫度范圍時(高溫、低溫、溫差過大等),其安全性也會受到很大的影響,進而嚴重影響電動汽車的使用安全性[15]。鋰電池組是由多個單體鋰電池組串聯或并聯組成,電池組在充放電時,當環境溫度過高,電池本身發生的電化學反應所產生的熱量不能及時釋放,鋰離子電池的反應活性增強,其內部可能發生副反應,容易發生熱失控,進而導致燃燒,產生高溫可燃有毒氣體。另外,鋰離子電池包內部電路結構復雜,高溫下可能會發生外部短路,影響電動汽車的安全性[16]。

綜合以上分析,開發高效的熱管理系統是保證新能源汽車在極端環境下安全穩定運行的關鍵,也是實現更大規模部署和推廣應用的關鍵。因此, 本文綜述了目前電動汽車的熱管理技術,總結了不同的鋰離子電池冷卻技術,闡述了不同電池冷卻技術的特點,對比分析了不同冷卻技術的優劣勢,并對未來熱管理系統的挑戰和機遇進行了展望。通過對比分析不同的電池冷卻技術,可以對其未來的發展提供指導作用,具有一定的現實意義。

1 鋰離子電池冷卻技術

圖1是鋰離子電池冷卻技術的分類框圖。根據冷卻方式的特點,鋰離子電池冷卻技術可分為主動式冷卻和被動式冷卻。其中,主動冷卻技術主要包括強制對流空氣冷卻、冷卻液冷卻和制冷劑直接冷卻,其需要額外的能量驅動風扇或泵。被動冷卻系統包括相變材料冷卻和熱管冷卻[17-18]。被動冷卻系統需要電池表面的特定結構來散熱,比如相變材料或熱管。另外,基于相變材料的被動系統也可用于改善電池包內的溫度均勻性[19]。相對于被動冷卻系統,主動冷卻系統具有更好的散熱能力,但結構較為復雜。

圖1 電池冷卻技術分類框圖

1.1 空氣冷卻技術

空氣冷卻技術可分為自然對流冷卻和強制對流冷卻。其中,自然對流冷卻系統是利用外部空氣的自然對流或利用機械結構的改進增加進風量,使外部冷空氣流經動力電池的各個電池表面進行熱交換,達到冷卻的目的。自然對流具有結構簡單、成本低的優點。但由于自然風的不可控性,存在著散熱能力弱的缺點。利用風扇進行強制對流散熱比自然對流更加可靠,散熱能力更強,更容易維護,因此成為新能源汽車早期常用的一種電池冷卻方法。圖2是帶有波紋板的Z型流道風冷系統示意圖。

圖2 帶有波紋板的Z型流道風冷系統

由圖2可知,系統通過風扇增加電池包內部的進風量,使空氣與電池發生強制對流。對于空氣冷卻技術,其關鍵是增強進風量和建立高效的空氣通道,增強電池包的散熱效率。因此,近年來空氣冷卻技術的研究主要集中在電池布置方式、新型通風形式、風道結構優化等方面。

Sun等[20]研究了風冷結構對電池包散熱效率的影響。研究發現,進口和出口通道的幾何形狀對冷卻通道的流動均勻性起著重要作用,進而顯著影響鋰離子電池的溫度均勻性;其在Z型流道設計的基礎上,在冷卻板之間插入波紋,增加電池包內空氣的湍流強度和接觸面積,從而提高電池組的散熱效率和溫度均勻性。與傳統Z型流道相比,該流道的冷卻效率可提高93%左右。

Chekuri等[21]研究了強制對流對于電池溫度均勻性的影響。通過對電動汽車的鋰離子電池冷卻系統進行模擬,在強制對流條件下,引入錐形入口和錐形出口可以降低電池溫度。Zhang等[22]提出了一種基于并聯空氣冷卻系統的新型冷卻技術,研究發現在電池組的冷卻通道中添加擾流板可以進一步提高電池的冷卻性能和溫度均勻性。實驗結果表明,擾流板的數量和位置對電池組的散熱性能有很大影響,與未添加擾流板的電池相比,電池組的最高溫度和最大溫差降低1.86 ℃和2.51 ℃。鋰離子電池的最高溫度、最大溫差以及均溫性受熱導率各向異性的影響。安周建等[23]研究了鋰離子電池熱導率各向異性對電池冷卻性能的影響。結果表明,低熱導率條件下,增大熱導率后電池最大溫差由3.33 K減小至0.61 K。同時,鋰離子電池直徑縮小44%時,電池組的最大溫差減小了44.8%,優化鋰離子電池的結構能夠有效改善電池組的均溫性。

風冷系統是所有冷卻系統中結構最簡單、制造成本較低的一種,但存在著冷卻效果差、冷卻速度慢、溫度分布不均等缺點,導致風冷系統不能很好地滿足目前電動汽車電池模塊的散熱要求。由于空氣具有低熱容和低導熱系數的特性,自然對流在電池組中會產生很大的熱梯度,并且高度依賴于環境條件,因此目前很少單獨使用自然對流來冷卻鋰離子電池組。對于強制對流,需要解決溫度場分布不均勻問題,但由于空氣本身的熱物理特性,其冷卻效果有一定的局限性。但是,在儲能領域,風冷系統憑借結構簡單、容易維修等特點,能夠很好滿足需求。因此,綜合考慮流道的幾何形狀、電池組的布置和氣流形態等對風冷系統的散熱速率的影響,結合實驗和數值分析方法,對現有結構進行優化或開發新的冷卻結構,以提高其冷卻性能,使其能夠應用于大規模儲能領域,也是目前鋰離子電池熱管理系統需要重點研究的內容。

1.2 液冷技術

液冷系統是指冷卻液直接或間接與動力電池模塊接觸,然后通過冷卻液的連續循環帶走電池產生的熱量的冷卻系統。由于冷卻液的換熱系數較高,其比風冷系統的冷卻效率更高、更有效[24]。液冷系統根據冷卻液與電池的接觸方式可分為直接接觸和間接接觸。直接接觸液冷系統將鋰離子電池完全浸入冷卻液中,對電池包的溫度均勻性具有良好的效果。但是,對電池包的密封性要求較嚴格。由于電池的絕緣要求,直接接觸方式需要具有絕緣性質的冷卻劑,比如硅油、礦物油等。間接式液體冷卻系統主要由冷凝器、蒸發器、壓縮機、冷板和電池組成,如圖3所示。其原理為在電池表面布置冷板或水套,冷卻液通過流道流經電池表面,達到循環和熱交換的目的。間接接觸方式常用的冷卻劑是乙二醇和水,相比直接液體冷卻,冷卻液的黏度要低。雖然,液冷熱管理系統技術已經相當成熟,在新能源汽車冷卻系統中得到了廣泛的應用,但仍有很大的發展空間。液冷技術的關鍵是有效冷卻面積的增加和湍流強度的增強。因此,國內外電動汽車液冷技術的研究主要集中在冷卻介質流道結構設計。

圖3 間接式液體冷卻系統原理示意圖

Yates等[25]研究了小冷卻通道和大冷卻通道的冷卻性能。研究結果表明,在放電速率為5C和環境溫度為24.85 ℃的條件下,2種通道的最高溫度可以控制在34.85 ℃,溫差可以控制在3.15 ℃。冷卻通道的數量、孔徑、流量和入口位置都會影響2種液體冷卻技術的性能。采用小冷卻通道的電池組最高溫度相比于大冷卻通道更低,但其溫度一致性差,且制造工藝復雜,成本較高。

波浪形通道是圓柱形鋰離子電池熱管理系統的一種冷卻方案,該結構被特斯拉等使用圓柱電池的公司采用。Zhao等[26]研究了圓柱形電池波浪形通道冷卻與液體流動的熱行為。結果表明,在冷卻液進口速度為0.5 m/s以及25 ℃的環境下,波浪式通道液冷系統能夠保持電池的最高溫度低于35 ℃,最大溫差低于1 ℃。通過增加電池與波浪形通道外壁的接觸面積,可以顯著降低電池模組內的最高溫度。但是,靠近液冷系統出口處電池的溫度相對較低,增加了電池包內溫度不均勻性的風險。因此,其又提出了使用多組短通道代替長波狀單通道增強換熱的方法。李昕光等[27]研究了多算法結合的液冷結構優化對鋰離子電池冷卻效率的影響,利用神經網絡算法以及多目標遺傳算法對液冷結構進行優化,從而得到電池組液冷結構合理設計參數。結果表明,優化后電池組最高溫度降低14.3%,最大溫差降低 51.5%。

與風冷系統相比,液冷系統具有更高的散熱效率和更明顯的散熱效果,也是目前新能源汽車電池熱管理系統的主流冷卻方法。由于液冷系統需要泵、熱交換器、冷凝器和蒸發器等部件,不僅結構復雜,增加了生產、維護和使用的成本,還額外增加能量的損耗以及增加整車質量。況且,傳統的冷卻介質的散熱效果差。由于直接接觸式液冷在運行過程中可能發生電氣短路和電化學反應,因此在動力電池冷卻系統中應用較少。間接接觸式液冷的綜合性能較好,且適用于各種類型的電池組,但系統復雜度較高,需要優化液冷系統結構來降低其成本和復雜度。因此,液冷系統未來的研究方向更傾向于高導熱率的傳熱介質、高效的散熱效率和溫度均勻性控制和系統的輕量化設計等。

1.3 相變材料冷卻技術

相變材料冷卻技術采用相變材料(phase change material,PCM)作為傳熱介質,在相變過程中儲存和釋放能量,達到動力電池高溫散熱的效果,無需額外的能量消耗,如圖4所示。根據相變方式,相變材料可分為固-固相變材料(無機鹽)、固-液相變材料(石蠟)、固-氣相變材料和液-氣相變材料。其中,固-液相變材料具有潛熱大、體積變化小、原料易獲取等特點,目前是行業研究的重點,如石蠟和熔融鹽等?；谝陨显?相變材料冷卻技術的主要研究集中在相變材料的改進和優化,以提高其導熱系數,如在基礎相變材料中加入高導電的基體。

圖4 PCM冷卻技術原理示意圖

Azizi等[28]研究了一種由相變材料和鋁絲網板制成的電池熱管理系統作為導熱增強劑,以控制高溫區域(50～55 ℃)下電池的溫升。在相變過程中,高孔隙率的金屬絲網板比泡沫鋁板更有利于孔隙的填充。結果表明,在電池之間使用相變聚乙二醇和鋁絲網板可以顯著降低電池表面溫度,在1C、2C和3C的放電速率下,最高電池表面溫度分別降低了19%、21%和26%。Zhang等[29]研究了一種使用飽和PCM的銅金屬泡沫的電池熱管理系統。在5C的放電速率下,相比于PCM冷卻的情況下最高溫度由54.12 ℃降低到47.86 ℃,而其溫度不均勻性增加速率也較小,金屬泡沫銅能夠增強PCM的低導熱性,并改善電池組的溫度均勻性。Jiang等[30]通過將具有增強導熱性的石蠟以不同質量分數吸收到膨脹石墨制備具有不同質量分數的膨脹石墨復合相變材料(composite phase change material,CPCM),解決了石蠟導熱系數低的問題,使鋰離子電池的溫升顯著降低。

Ling等[31]通過制備具有高導熱率的膨脹石墨和具有低導熱率的氣相二氧化硅2種復合材料,研究了具有不同導熱系數的CPCM在低溫運行時的溫度控制能力。鋰離子電池組在 -10 ℃和5 ℃的條件下工作,導熱系數低的PCM會導致電池組內的溫差顯著(>12 ℃)。采用膨脹石墨的復合材料防止了電池過熱,改善了溫度均勻性。提高PCM的導熱性對于實現均勻的溫度分布以提高電池熱管理性能起著關鍵作用。另外,電池組中單體電池的排布方式同樣會影響鋰離子電池組的熱管理性能。張曉光等[32]研究了不同單體電池間距以及相變材料用量下電池組溫度場變化情況。實驗結果表明,電池組中電池單體的間距在10 mm時溫度均勻性最優,在優化電池組排布的基礎上減少12%的相變材料用量,電池組的最高溫升不變,而最大溫差下降了34%。減小電池組的間距和相變材料用量能有效降低電池包的最高溫升和最大溫差。

相變材料冷卻系統具有結構簡單和制造成本低的優點,但仍存在一些技術問題,如導熱系數相對較低,溫度過低時相變材料的熱穩定性相對較差,沒有得到廣泛的應用。此外,PCM很難滿足大型電池組充放電的溫度控制需求,所以多適用于小型電池組。此外,熱管、直冷等主動冷卻技術也使用到PCM,但其結構復雜,制造成本高,散熱能力卻優于被動熱管理系統,且非常適用于大容量電池組。在實際應用中,應綜合考慮選擇合適的熱管理系統。此外,充分利用PCM的特性,可以實現對過冷條件下電池熱量進行有效回收的熱管理系統設計。由于相變過程的溫度不均勻性,在高速率連續充放電循環的條件下,PCM存在完全熔化的風險。PCM融化時會增加其體積,且PCM的熱穩定性較差,進而導致PCM的泄露。相變材料冷卻技術需要解決高溫融化造成的泄露問題,通過優化控制策略以及加入復合相變材料,以提高其安全性能。

1.4 熱管冷卻技術

熱管冷卻技術最早應用于航空航天和軍事等領域,其工作原理在于熱管內部工作流體間的相變反應,在蒸發段吸收熱量,在冷凝段釋放熱量,一般沿軸向分為蒸發段、絕熱段和冷凝段,如圖5所示。因此,熱管冷卻能通過工作流體的往復循環和相變反應進行有效的傳熱,而蒸發段通常連接到熱源。但由于使用過程中冷凝劑的壓力過高,從而導致管道、生產標準、生產設備等方面的要求過高,目前仍處于研究階段。因此,熱管冷卻系統在動力電池熱管理方面的應用也大多處于研究階段,尚未廣泛使用。

圖5 熱管裝置工作原理示意圖

Zou等[33]研究了熱管-液體耦合綜合熱管理系統,既可實現電池低溫加熱,又可用于高溫冷卻。管道內的制冷劑經過PTC加熱,通過熱管將熱量傳遞給電池。在加熱的初始階段,電池升溫較快,隨著熱管的冷、熱端溫差逐漸減小,其換熱能力減弱,最終換熱量趨近于定值,約900 s后電池溫度上升至20 ℃。Zhang等[34]研究了一種基于被動熱管的方形電池熱管理系統,該系統采用帶翅片的扁平熱管。結果表明,與自然對流冷卻和鋁板冷卻相比,最大溫差分別降低73.7%和50.1%,使用扁平熱管可以有效降低電池的最高溫度和溫差,同時能量消耗較低。

研究新型熱管能夠充分發揮熱管的高導熱性。Chen等[35]研究了基于改進的TiO2納米流體為工質的脈動熱管(pulsating heat pipe,PHP)。電池產熱量的增加導致了帽管冷凝和蒸發部分之間的溫度梯度增加,進而加速啟動PHP,電池表面的最高溫度為42.22 ℃,最大溫差低于2 ℃?；赑HP的熱管理系統具有良好的散熱性能,可以最小化溫度梯度,提高電池表面的熱均勻性。王超等[36]研究了重力熱管在變放電倍率和變環境溫度下的熱性能。結果表明,在高倍率放電時,電池中心的溫度下降12.69%,最大溫差為1.2 ℃。在3C高倍率放電情況下,電池最高溫度保持在50 ℃以內。

Feng等[37]研究了使用熱管的鋰離子電池管理系統,該系統采用熱和應變管理,以降低工作溫度和應變。電池組在安裝熱管冷卻裝置后,熱和應變在放電過程中減小,并且在充放電循環過程中具有相同的溫度變化趨勢。結果表明,在強制對流條件下使用熱管冷卻,以在多次循環試驗中使整個包的平均溫度降低到36 ℃。但是,受到冷卻工質冷卻能力的影響,在自然對流的條件下采用熱管冷卻裝置不足以使電池保持在正常的工作溫度范圍內[38]。Liang等[39]在不同的環境溫度下,通過改變冷卻劑流量、冷卻劑溫度和產熱速率,測量了使用熱管的電池熱管理系統的性能。研究發現,采用間歇冷卻和持續冷卻可以達到相似的電池冷卻性能,這表明可以通過減少熱管冷卻系統的運行時間來達到降低功耗的目的。

熱管除了擁有傳熱導熱系數高、等溫性能優良、熱流密度可變和熱流方向可逆的優勢,還能與其他冷卻方式耦合,如熱管-空氣冷卻、熱管-液冷以及相變材料等。熱管冷卻系統具有很好的發展前景,但仍存在著生產和維修成本高、換熱介質的用量不易控制、散熱效率受電池組形狀影響較大等問題。當前研究側重于降低電池組溫升及溫差,對于系統能耗與成本考慮較少,未來研究應集中在系統多目標優化,以及降低系統能耗和成本等方面。因此,綜合考慮熱管內部結構設計及其在電池包內的布置方式,優化其傳熱性能,是未來冷卻系統重點研究的方向之一。

1.5 制冷劑直接冷卻技術

制冷劑直接冷卻技術(又稱直冷技術)是一種新型高效的電池熱管理方法,其原理為制冷劑利用相變傳熱直接吸收電池產生的熱量。如圖6所示,制冷劑直接冷卻技術的冷卻板通常與空調系統的內部蒸發器并聯,并通過前置節流閥(如電子膨脹閥)調節制冷劑流量和控制冷卻溫度。直冷系統通常由電池直冷板、壓縮機、冷凝器、蒸發器和膨脹閥組成。電池直冷系統與空調系統共用一個制冷循環,不僅簡化了結構,還提高了冷卻效率。目前,制冷劑直接冷卻技術已經應用于寶馬i3、X5、奔馳S400、比亞迪Dolphin、奧迪A6等車型。

圖6 電池直冷系統原理示意圖

Shen等[40]研究了電動汽車的直冷式系統,在傳統汽車空調系統的蒸發器側設置平行板(冷板)。制冷劑在膨脹閥中節流減壓后,直接引入電池包內的冷卻管中,電池直接與制冷劑進行熱交換。結果表明,直冷式系統具有較快的溫度響應特性,電池可以從44 ℃冷卻到30 ℃。該結構將空調系統和電池冷卻系統結合,簡化了整車的熱管理系統。與液冷相比,制冷劑的導熱系數更低,冷卻效果更明顯。另外,該系統雖然具有較高的能效比,但僅為46.17%,仍有一定的改進空間。

Shen等[41]研究了一種新型的制冷劑熱管理系統,利用Amesim建立了電池直冷系統模型,分析了其在不同工況下的性能。結果表明,通過乘員艙優先控制策略,能夠提高系統性能以及整車熱管理性能,該系統能有效降低電池的最高溫度。即使在高溫、高速的行駛條件下,電池之間的溫差也可控制在3 ℃以內。王肖軍等[42]研究了不同參數對直冷式電池熱管理系統性能的影響。結果表明,冷媒充注量為250 g時能效比達到最大,膨脹閥開度增大至46%時,電池的平均溫度最低。在環境溫度35 ℃的條件下,通過調節膨脹閥開度在47%～56%,電池溫度仍能被冷卻至環境溫度以下。

Cen等[43]研究了采用翅片換熱器結構的電池直冷系統,將基于制冷劑的熱管理系統與電動汽車空調系統集成,分析了其在極端環境下的溫度控制能力。將采用翅片管換熱器結構的圓柱形鋰離子電池集成到電動汽車空調系統中,使用2個電子膨脹閥通過自編程控制軟件自動控制電池組的溫度。結果表明,該系統可以在40 ℃的極端環境溫度下,將電池組的溫度控制在35 ℃以下。另外,通過優化制冷劑回路,可以減少電池包內部溫度的不均勻性。在0.5C、1C、1.5C的恒放電倍率下,電池包內溫差小于4 ℃。

制冷劑直接冷卻系統具有散熱效率高和結構簡單的優點,還能保持良好的溫度控制和均溫性。與液冷系統相比,制冷劑的導電性較低,從而避免了電池短路導致冷卻液泄漏的危險。在電動汽車發生碰撞的情況下,即使電池嚴重損壞,制冷劑泄漏也不會引起電池燃燒的風險。直冷技術具有很好的發展前景,但存在控制策略復雜且成本較高等缺點。電池直冷板在系統中起蒸發器和冷凝器的作用,其內部流阻均勻性、分配器設計等因素都會影響電池的溫度均勻性,應該優化直冷板結構從而提升直冷系統的綜合性能。另外,直冷技術無法將熱能傳遞給電池,因此不能有效地實現電池加熱,需要額外的加熱元件。因此,設計雙功能制冷劑回路系統,分別使用低溫制冷劑或高溫制冷劑對電池進行冷卻或加熱,設計合理的控制策略來克服電池與乘員艙之間需求的沖突,是未來直冷技術重點研究的方向之一。

2 不同冷卻方式評價

綜上所述,不同的冷卻系統具有各自的優缺點,如表1所示。

表1 典型熱管理技術的特點

從表1中可以看出,空氣冷卻系統結構簡單、成本低、質量輕,但其導熱系數低,電池均勻性控制差;液體冷卻系統具有導熱性好,散熱效果好,散熱比較均勻等優勢,目前在動力電池熱管理系統中廣泛應用,但存在液體泄漏風險、維護困難、質量大、結構復雜等問題;相變材料冷卻系統的熱密度高、潛熱大、穩定性好、散熱快、高溫控制均勻,但相變材料所吸收的熱量不能很好地散到外部環境且過冷會影響相變材料的熱性能和熱穩定性,存在相變材料泄漏風險,影響系統的安全性和可靠性,且附加質量高;熱管冷卻系統有導熱系數高、散熱效率高、加熱速度快、均勻性好、安全性好、可靠性高等優勢,但其制造成本高、換熱介質量難以控制、結構復雜、安裝不便,因此在新能源汽車中應用并不廣泛;直冷系統具有較高的傳熱能力,且相對容易集成到現有的車輛空調系統中,其冷卻溫度能夠低于環境溫度,但存在成本高且難以實現電池加熱等問題。此外,混合電池熱管理系統是目前開發的主要趨勢,適用于更多工況,特別是對于極端工作環境。同時,將主動與被動的熱管理系統結合會有很大的潛在實用效果。但混合電池熱管理系統需要在成本和性能之間找到平衡,被動熱管理系統適用于低負荷或短暫運行時間的工況,而主動熱管理系統則適用于更高負載的工況。常見的混合熱管理系統的組合有PCM加風冷或液冷、熱管加風冷或液冷、PCM加熱管、TEC(thermal electric cooler,TEC)熱電冷卻加其他基本熱管理系統。

3 結論

1) 目前電池熱管理系統的主流冷卻方式仍然是液體冷卻,其技術相對成熟,但質量和傳統冷卻介質的散熱效果差是限制液冷系統發展的主要原因,因此需要研究更高傳熱效率的冷卻介質。另外,在冷卻介質發展受到限制的前提下,研究高效率的冷卻結構也是未來的發展方向之一。隨著新能源汽車不斷向高能量密度和高集成度的方向發展,混合電池熱管理系統將適用于更多工況,如以液冷-相變材料、風冷-相變材料、液冷-高頻加熱等高效一體化的冷卻-加熱系統將是未來熱管理系統的主要發展趨勢之一。

2) 基于空調系統的直接冷卻技術利用壓縮蒸汽制冷,并通過工質蒸發吸熱帶走電池熱量,實現電池冷卻,高效利用了現有熱管理結構,降低了成本和結構復雜度,相比于液冷技術,直冷技術的安全性更高。同時,整車空調系統也是基于直冷技術。因此,將空調系統和電池冷卻系統合二為一,即整車集成式熱管理系統將是未來電池冷卻技術的最佳方案之一,也是未來整車熱管理系統的發展方向之一。