综述：电动汽车电池热管理技术的最新进展与挑战：系统性导航最新趋势

这篇综述系统评述了电动汽车（EV）锂离子电池（LIB）热管理技术（BTMS）的最新进展，涵盖空气冷却、液冷、相变材料（PCM）和热管（HP）等策略，重点分析了设计创新、性能优化及混合方法的竞争力与可扩展性，为下一代BTMS开发提供了前瞻性指导。

　　

引言

全球向清洁交通转型的浪潮中，电动汽车（EV）成为可持续能源解决方案的核心。锂离子电池（LIB）因其高能量密度和长循环寿命成为EV主流储能选择，但其性能高度依赖温度稳定性。研究表明，LIB的理想工作温度为15-40°C，超出此范围会导致容量衰减、内阻增加甚至热失控（TR）。因此，高效电池热管理系统（BTMS）对保障电池安全与性能至关重要。

电池技术基础

LIB由正极（如NMC、LFP）、负极（如石墨）和隔膜组成，其化学特性决定了能量密度（110-260 Wh/kg）和热稳定性。相比铅酸、镍氢（NiMH）等电池，LIB虽成本较高，但凭借优异的综合性能占据市场主导地位。然而，LIB对温度敏感性强：高温加速电解液分解，低温则导致锂枝晶生长，均可能引发短路。

热生成机制

电池产热（Q_g
）主要源于反应热（Q_r
）、极化热（Q_p
）和焦耳热（Q_j
），其数学模型可表述为：
Q_g
= T_b
ΔS + I²
(R_t

• R_e
  ) + I²
  R_e

其中ΔS为熵变率，R_t
为总内阻。过充/过放会加剧产热，引发热失控链式反应。

热管理技术比较

空气冷却

传统风冷系统分为自然对流与强制对流两类。优化风道设计（如J型、Z型结构）可使温度差异降低35-46.5%，但存在冷却效率低（仅适用于<3C放电）、空间占用大等缺点。特斯拉Model 3等车型采用液冷后，风冷逐渐转向低功率场景应用。

液冷系统

液冷效率较风冷提升3500倍，主要分为直接冷却（介电流体接触电池）和间接冷却（冷板/夹套结构）。冷板设计参数（如流道数量、宽度）显著影响性能——6流道冷板在0.5 L/min流量下可将电池温度控制在28°C以内。但系统复杂性和泵功消耗仍是挑战。

相变材料（PCM）

石蜡/膨胀石墨（EG）复合PCM能将电池温度维持在43°C（3C放电），且温度差异≤3.3°C。通过添加石墨烯纳米片，PCM导热系数提升264%，但低机械强度和相变泄漏问题仍需解决。

热管（HP）技术

振荡热管（PHP）在50°C工况下可实现1-2°C温差控制。铜-水热管较金属棒降温效果提升60%，但成本高和集成难度制约其商业化。新兴的仿生叶脉流道设计将最大温度降至30.31°C。

未来方向

混合系统（如液冷+PCM）展现出协同优势：液冷快速导热，PCM缓冲峰值负荷。人工智能优化风道布局可使温差再降9.4°C。此外，纳米流体（Al₂
O₃
/水）与磁控颗粒等创新材料为精准温控提供新思路。

结语

随着快充和高能量密度电池发展，BTMS需持续创新。多物理场耦合设计、智能预测算法与模块化架构将成为突破重点，为电动汽车的全面普及奠定热安全基石。