國(guó)外對(duì)電動(dòng)汽車及其關(guān)鍵技術(shù)研究比國(guó)內(nèi)早很多，從上世紀(jì)80年代開始，相關(guān)研究人員分別研討了鉛酸電池、氫鎳電池和鋰離子電池，同時(shí)致力于建立合理的動(dòng)力電池電化學(xué)模型和電池發(fā)熱模型。在20世紀(jì)末，美國(guó)在能源部的支持下，逐步增加關(guān)于電動(dòng)汽車研究的投資，而美國(guó)的兩大巨頭車企通用和福特也在不斷加大電動(dòng)汽車的研發(fā)投入。美國(guó)政府為了大力發(fā)展電動(dòng)汽車而在1993年制定了PNGV計(jì)劃，其中純電動(dòng)汽車是研究重點(diǎn)。而我國(guó)在“八五”和“九五”期間才把電動(dòng)汽車正式列入國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目，開始對(duì)電動(dòng)汽車增加投入總體來(lái)說(shuō)研發(fā)進(jìn)度晚于國(guó)外。但是新能源汽車特別是純電動(dòng)汽車的迅速發(fā)展卻讓中國(guó)的汽車人看到了機(jī)遇，“十五”和“十一五”期間確立了把純電動(dòng)汽車列入12個(gè)“863”重大專項(xiàng)之一，對(duì)電動(dòng)汽車的投入顯著增加，這被認(rèn)為中國(guó)在未來(lái)全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)上的提前布局「16]。國(guó)內(nèi)諸如比亞迪、江淮、北汽新能源、奇瑞等公司均己經(jīng)在純電動(dòng)汽車領(lǐng)域規(guī)劃多年，己經(jīng)高度產(chǎn)業(yè)化，特別是比亞迪汽車公司的純電動(dòng)汽車車型眾多，工藝技術(shù)趨于成熟，能夠滿足大部分交通需求。

純電動(dòng)汽車傳統(tǒng)電池?zé)峁芾淼闹饕问接锌諝鈸Q熱、液體流動(dòng)換熱和材料相變換熱，同時(shí)熱電換熱等新型的換熱形式也在逐步被深入研究和開發(fā)。

1.3.1空氣換熱

空氣換熱是應(yīng)用最早的、最簡(jiǎn)單的、最經(jīng)濟(jì)的同時(shí)也是應(yīng)用最廣的電池?zé)峁芾矸绞?。空氣換熱分為自然對(duì)流換熱和強(qiáng)制對(duì)流換熱。自然對(duì)流換熱就是在電池包內(nèi)不加入空氣動(dòng)力源，靠電池包內(nèi)自然的空氣流動(dòng)與動(dòng)力電池進(jìn)行熱交換。強(qiáng)制對(duì)流換熱即在電池包內(nèi)加入風(fēng)扇等動(dòng)力源，靠風(fēng)機(jī)帶動(dòng)空氣流經(jīng)動(dòng)力電池表面進(jìn)行熱交換。

采用強(qiáng)制空氣對(duì)流換熱，針對(duì)豐田Prius和本田Insight兩款混合動(dòng)力汽車的電池組，通過(guò)控制風(fēng)機(jī)的功率，分別測(cè)試了FTP-75和US06循環(huán)工況三種環(huán)境溫度時(shí)的電池的溫升情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在汽車經(jīng)常變工況及高速的工況下，電池溫度會(huì)升高的更快。對(duì)兩種電池包采用強(qiáng)制空氣冷卻后，電池箱溫度分布均勻，不同工況下的電池組的溫度范圍均處于電池正常工作溫度范圍內(nèi)。

研究了幾種典型的電動(dòng)汽車電池箱空氣換熱構(gòu)造，進(jìn)行了仿真分析，選出了較為合理的構(gòu)造。研究結(jié)果表明，正面通風(fēng)，且加裝風(fēng)擋板的空氣換熱結(jié)構(gòu)最為合理，此結(jié)構(gòu)不僅使電池處于合適的工作溫度范圍內(nèi)，且電池包內(nèi)電池之間的溫度分布差異小，且不同電池的相同位置的溫差控制在3K以內(nèi)，滿足實(shí)際使用要求。

由于空氣對(duì)流換熱沿程溫差過(guò)大，Mahamud R提出可以利用翻板閥控制空氣流向的散熱結(jié)構(gòu)，而江淮汽車在IEV5純電動(dòng)車中己經(jīng)通過(guò)BMS實(shí)現(xiàn)控制了風(fēng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，直接改變空氣流向，減小因空氣對(duì)流造成的沿程溫差現(xiàn)象的影響。

最初工程師設(shè)計(jì)串行通風(fēng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制空氣冷卻，冷卻空氣依次流經(jīng)各單體電池，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，但在沿空氣流動(dòng)方向，空氣和電池表面間的溫差逐漸減小，換熱效果也逐步減弱。對(duì)于并行通風(fēng)結(jié)構(gòu)而言，冷卻空氣從入口進(jìn)入后近似同時(shí)流過(guò)各個(gè)電池模組，各電池模組和冷卻空氣的對(duì)流換熱系數(shù)相近，換熱效果相對(duì)理想。PesaranA.A在研究中比較了并行通風(fēng)和串行通風(fēng)兩種形式，其結(jié)構(gòu)流場(chǎng)圖如圖1.2所示，結(jié)果表明串行通風(fēng)入口處動(dòng)力電池冷卻情況明顯好過(guò)出口處，電池溫度沿風(fēng)流動(dòng)方向依次升高，入口溫度為2~5 ℃時(shí)，其電池之間的最大溫差高達(dá)18 ℃，而相同工況下的并行通風(fēng)的溫差僅為9 ℃。然而Rami Sabbah}22]等的論文結(jié)果表明，動(dòng)力電池在惡劣環(huán)境條件下高倍率放電時(shí)，空氣對(duì)流換熱無(wú)法有效地將電池溫度控制在合適范圍。

1.3.2液體流動(dòng)換熱

隨著動(dòng)力電池比能量的越來(lái)越高，在電池組大倍率放電的情況下，電池組冷卻需要的空氣流速也越大，產(chǎn)生巨大噪音的同時(shí)風(fēng)扇的功率要求也大大增加，逐步開始不滿足電動(dòng)汽車的需求，同時(shí)高溫環(huán)境下空氣冷卻的效果并不理想，所以空氣對(duì)流換熱技術(shù)己逐步不滿足需求。當(dāng)流體流經(jīng)固體表面時(shí)，在固體表面附近，越接近固體表面流體的流動(dòng)速度越低，當(dāng)與固體接觸的距離非常小時(shí)，流體處于停滯狀態(tài)，可以看成是流體與固體之間只有熱傳導(dǎo)的存在。以水為例，己知常溫下水的導(dǎo)熱系數(shù)是空氣的幾十倍，而且水的比熱容是空氣的4倍，所以研究者通常認(rèn)為液體流動(dòng)換熱比空氣換熱有更好的效果，更能滿足動(dòng)力電池的溫控需求。

液體流動(dòng)換熱是使用導(dǎo)熱系數(shù)比較高的液體直接或間接接觸電池以帶走熱量的熱管理形式。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中，既可以將電池直接放置于絕緣且導(dǎo)熱系數(shù)高的液體中，也可以通過(guò)冷板等與電池接觸，先將熱量從電池組傳入水冷板，再通過(guò)冷板與液體間的換熱將熱量帶出電池包。前者多采用硅基油、礦物油等有機(jī)油類，往往粘度很大，流動(dòng)性弱，后者選用的介質(zhì)為水、乙二醇、乙二醇與水的混合物等，流動(dòng)性強(qiáng)，換熱系數(shù)高，但是因?yàn)槠洳唤^緣，必須做好管道密封，防止泄露造成短路。

通用雪佛蘭Vo It電動(dòng)車采用液體對(duì)流換熱方式，將水和乙二醇各_50%的混合物作為流體介質(zhì)，散熱片布置在單體電池之間，在金屬散熱片內(nèi)循環(huán)實(shí)現(xiàn)與電池的熱交換，如圖1.3所示。與此同時(shí)，當(dāng)電池組溫度過(guò)低時(shí)，使用加熱線圈加熱液體工質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的加熱功能。

對(duì)蛇形的板式液冷通道進(jìn)行了優(yōu)化，比較了g種方案涉及不同流道位置和寬度，通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)軟件的仿真，通過(guò)比較平均壓降、平均溫度、溫度方差三個(gè)參數(shù)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.3.3材料相變換熱

采用相變材料換熱是將動(dòng)力電池放入相變材料模塊中，材料相變時(shí)溫度始終不變，通過(guò)相變材料的相變潛熱(熔化或者凝固)來(lái)進(jìn)行電池組熱管理，其中石蠟、水合鹽、脂肪酸等是被普遍采用的相變材料。固一液相變材料(PMC)的相變潛熱遠(yuǎn)大于電池?zé)峁芾硭锜崃浚绻軌蚝侠砜刂葡嘧兯俾什⑻岣呦嘧儩摕岬睦眯?，?dòng)力電池的熱管理效果將得到很大提升。

在其碩士論文中對(duì)HEV電池的生熱進(jìn)行了研究，在總結(jié)了前人研究的基礎(chǔ)上提出相變材料PCM是未來(lái)電池?zé)峁芾淼内厔?shì)。在試驗(yàn)中將電池模組至于PCM中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明添加PCM材料能使電池模組溫度場(chǎng)更加均勻，但因?yàn)槠錈釋?dǎo)率低，冷卻速度過(guò)慢。很多研究人員針對(duì)PCM材料熱導(dǎo)率低的問(wèn)題進(jìn)行了研究，通過(guò)添加熱管翅片、高熱導(dǎo)率的泡沫鋁材、微膠囊封裝法。