综述：先进电池热管理系统：技术、集成挑战与未来趋势

《Journal of Energy Storage》：Advanced battery thermal management systems: Technologies, integration challenges, and future trends

本综述系统梳理了锂离子电池热管理系统（BTMS）的最新进展，涵盖被动、主动及混合式策略。文章比较了不同BTMS架构的关键性能指标（如热导率、温度均匀性、瞬态响应），指出被动冷却（如相变材料PCM、热管HP）虽结构简单、无需能耗，但热导率低；主动冷却（空气/液体/热电制冷）控温高效却能耗较高。混合系统通过多机制协同提升了安全冗余与热管理效率，并展望了数据驱动控制、多功能材料集成等智能热管理新趋势。

　　

热行为与运行机制

锂离子电池（LIB）作为可逆电化学储能装置，广泛应用于电动汽车（EV）、便携式电子设备及固定储能系统。其核心由正极、负极、隔膜和电解液组成，依赖锂离子在电极间的嵌入和脱嵌实现能量存储与释放。充放电过程中，欧姆热（Q_ohm）和反应热（Q_rxn）共同构成总产热率（Q_total），而内阻（R）和充放电倍率（C-rate）直接影响温升幅度。高温易引发热失控，低温则导致容量衰减，因此精确热管理是保障电池性能与安全的关键。

运行原理与分类

空气冷却是最早广泛应用的主动热管理策略之一，其依赖空气对流带走电池表面热量。散热效率主要受空气流速与温度梯度影响，结构简单但散热能力有限，适用于中低热负荷场景。液体冷却通过流体（如乙二醇EG）直接或间接接触电池，导热系数高，可精准控温，但系统复杂且存在漏液风险。热电制冷利用帕尔贴效应实现主动加热/冷却，响应快但能耗较高（性能系数COP偏低）。被动策略如热管（HP）和相变材料（PCM）则无需外部能耗，通过相变潜热（H）吸收热量，但PCM导热性差需添加碳纳米管（CNT）等增强材料。

热管基冷却

热管（HP）是一种高效被动传热器件，利用毛细力驱动工质循环，实现低温差下的高热通量传输。其内部通过蒸发段吸热、冷凝段放热完成相变传热，结构紧凑且适应性强，尤其适用于高能量密度电池包的局部热点抑制。但热管设计需优化毛细结构与工质选择，以提升轴向导热性能与倾角适应性。

混合配置概述与优势

面对高能量密度、快充需求带来的复杂热负荷，单一BTMS难以兼顾能效与控温精度。混合系统整合主动与被动机制（如PCM+液冷、HP+风冷），突破单一技术局限：PCM缓冲瞬时热冲击，液冷提供持续散热，显著提升温度均匀性与瞬态响应。此类系统通过协同作用降低峰值温度，增强热安全冗余，但需解决结构集成难度与成本控制问题。

冷却性能与应用适用性比较分析

被动冷却中，PCM基系统结构简单、零能耗，适用于电网储能等中低热负荷场景；HP则更适合空间受限的紧凑型电池包。主动冷却中，风冷成本低但散热能力弱，多用于轻型EV；液冷控温精度高，适配高功率EV快充需求。混合BTMS通过优势互补，在极端工况下展现优越适应性，但需结合计算流体动力学（CFD）与卷积神经网络（CNN）等智能算法优化控制策略。

结论

BTMS技术依应用场景呈现差异化优势：被动策略节能简单但散热能力有限；主动系统控温高效却能耗复杂；混合方案通过多机制协同实现性能跃升。未来趋势聚焦于数据驱动智能控制、材料-结构协同设计（如复合相变材料CPCM）、以及毛细泵环（CPL）等新型传热技术集成，推动下一代电池系统向高安全、自适应方向发展。

作者贡献声明

鲍志光：原稿撰写、验证、软件；吴子浩：原稿撰写、可视化、形式分析；陈浩：审阅、监督、项目管理；马艳雷：数据整理、概念化；纪振华：软件、方法论；孙丰裕：调查、数据整理；罗丁：验证、资金获取、数据整理。

利益冲突声明

作者声明无已知竞争性财务利益或个人关系影响本研究。

致谢

本研究得到国家自然科学基金（52306017）资助。