《Green Energy and Resources》：Battery thermal management of electric vehicles: A review and bibliometric analysis of liquid cooling methods
热管理在电动汽车（EV）电池的运行中起着至关重要的作用，直接影响其效率、安全性和市场普及率。在实际的电动汽车运行中，不充分的热调节会加速电池老化并增加安全风险，这凸显了有效的电池热管理系统（BTMS）设计的重要性。为此，针对电动汽车应用的液冷BTMSs进行了广泛的研究。尽管相关研究不断增加，但结合电动汽车液冷BTMSs批判性综述和文献计量分析的全面概述仍然稀缺。本文旨在通过呈现对电动汽车液冷BTMSs近期趋势和发展的批判性综述与文献计量调查相结合的研究，来填补这一空白。该综述审查了液冷BTMSs的关键方面，包括系统配置、冷却液类型、性能增强方法和混合配置。文献计量分析涵盖了从2015年到2025年（于2025年10月29日提取）Scopus数据库中收录的研究和综述出版物。技术综述单独进行了更新，以包含精选的2026年出版物。经过筛选，确定了472篇与液冷BTMSs密切相关的出版物。分析表明该领域持续增长，年增长率为40.97%，文献平均年龄仅为3.19年。中国以214篇出版物在研究中处于领先地位。液冷BTMS关键词分析突出了三个主要研究主题：温度控制和冷却液系统、电动汽车应用和电池技术，以及电池建模与仿真。主要的研究空白包括耦合电热建模和基于人工智能（AI）的预测控制。本综述强调了近期的进展和研究空白，可为未来液冷BTMS设计和优化的发展提供指导，以提升电动汽车的性能和安全性。
1. Introduction
电动汽车（EVs）被视为减少交通运输领域温室气体排放的关键途径，主要依赖锂离子电池提供能量。然而，锂离子电池的性能和安全性对温度变化高度敏感。高温会加速电池老化，严重时甚至引发火灾和爆炸。为确保可靠运行，电池必须在15 °C至35 °C的狭窄温度范围内工作，这凸显了电池热管理系统（BTMS）的重要性。液冷BTMS因其高效的传热能力而被广泛采用。尽管已有相关文献计量研究，但将技术发展与文献计量分析相结合的综述仍然匮乏。本文的创新点在于整合技术发展、定量文献计量分析和比较性能趋势，以清晰地了解电动汽车液冷BTMS研究的演变及未来需求。
2. Background
本节详细介绍了液冷BTMS的关键方面。
2.1. Liquid BTMS configurations
液冷BTMS根据电池与冷却液之间的接触和传热模式分为间接和直接两类。
2.1.1. Indirect liquid BTMSs
间接冷却通过冷却块和冷板等中间组件移除热量，因其紧凑安全的设计被广泛用于商业电池组。然而，该系统可能因冷却通道布局和接触电阻导致温度不均。为克服此限制，研究人员提出了双分支冷却带设计，将最高温度从30.15 °C降至23.84 °C，并降低了39.02%的压降；带有扭曲扰流片的收敛-发散通道设计在保持良好温度控制的同时降低了15%的压降；外缠绕通道和梯度通道设计也分别显著改善了温度均匀性。整体而言，间接液冷BTMS的性能受冷却液路径分布和有效传热面积影响显著，需平衡几何改进与压降及泵送功耗需求。
2.1.2. Direct liquid BTMSs
直接冷却中液体直接接触电池以提供冷却，需使用介电液体以防短路，主要包括喷雾冷却和浸没式冷却。喷雾冷却提供局部排热，而浸没式冷却增加整体接触面积。相比间接冷却，直接冷却降低了热阻并提供更高的传热效率，但面临冷却液选择有限和能耗增加的问题。通过多目标拓扑优化，可将满足温度要求的最小流速从70 mL/min降至30 mL/min，并显著降低压降和表面温差。尽管直接冷却实现了更高的排热率，其实际应用受限于介电液体的选择、稳定性、安全性及较高的系统复杂性。
2.2. Liquid BTMS coolants
液冷BTMS的冷却液包括水、水-乙二醇混合物、油类、制冷剂和纳米流体等。水因高比热容和密度在间接冷却中表现出极高的热效率，但在直接冷却中使用去离子水需严格的电气隔离。油类冷却液因高介电强度常用于直接BTMS，变压器油和合成酯流体等均显示出优于空冷的温度控制能力。制冷剂通过冷板循环或蒸发冷却提高传热效率并维持温度均匀。纳米流体通过在基础液体中分散纳米颗粒（如Al
2O
3-TiO
2-CuO或CuO）提升热导率，例如三元水纳米流体使热导率提升42.6%，在5C放电率下将最高温度降低3.92 °C。冷却液的选择需平衡热导率、比热容、黏度、电气安全及长期稳定性。
2.3. Liquid BTMS enhancement, modeling, and control strategies
增强策略旨在提高传热和热效率，同时降低能耗和压降。
2.3.1. Structural and flow control BTMS modifications
结构和流动控制修改对维持电池温度至关重要。微管液冷BTMS的铝制外壳显著改善了温度均匀性，增大微管直径可大幅降低压降且仅略微增加最高温度。蛇形冷却通道设计在5C放电率下实现了46 °C的降温。对于直接浸没式BTMS，优化电池水平和纵向间距可大幅降低最高温度。带有交错锥形肋片通道的冷板设计提高了性能评估标准（PEC）并降低了电池温度。此外，在浸没式BTMS中引入棒状挡板等流动扰动结构可进一步降低平均表面温度。
2.3.2. Triply periodic minimal surface BTMS channels
三周期极小曲面（TPMSs）作为复杂的孔隙结构，因其优异的孔隙率和高表面积被用于液冷BTMS。与直通道相比，Primitive TPMS通道显著降低了最高温度和最大温差，TPMS片状通道将温差降低了59.8%。多孔和高表面积结构增强了冷却液混合和传热，但可能伴随更高的制造复杂性和压降。
2.3.3. Topological cold plate BTMS optimization
拓扑优化旨在增强传热并最小化功耗。拓扑优化的冷板通过引导冷却液流向热临界区并移除不必要材料，显著提高了传热系数。U型拓扑优化设计降低了温差和压降，并降低了BTMS功耗。尽管优化设计能提升传热效率，其实际价值取决于可制造性和结构强度。
2.3.4. Bio-inspired BTMS design enhancements
仿生设计通过借鉴动植物结构改善传热并减少压降。例如，仿生四叶草液冷设计通过优化进出口配置显著提升了BTMS性能；鱼骨形通道在6C放电率下限制了最高温度并降低了压降；蝴蝶形状冷板设计在保持良好温度控制的同时大幅降低了压降。分支或弯曲的流动路径模仿自然流动网络，改善了冷却液分布和热均匀性。
2.3.5. Electrothermal modeling and control enhancements
电热耦合结合了电流率、电压响应、内阻和荷电状态等电参数与产热和温度分布，能更好地反映实际工况下的电池行为。研究趋势转向系统级电热集成，以评估真实瞬态负载下的液冷性能。伪三维电化学-热模型、双向耦合模型和等效电路模型等均显示出与实验测量高度一致的预测结果，证明了耦合建模在量化冷却配置和混合热管理策略影响方面的可靠性。
2.4. Hybrid liquid BTMS
混合系统将液冷与其他冷却技术集成，以解决单一液冷的局限性。
2.4.1. Hybrid liquid air BTMSs
混合液冷空气BTMS结合了液冷的高效与空冷的简单性。通过引入气流偏转器，有效减少了高湿环境下的冷凝面积。该系统在圆柱和棱柱电池模块中均显著降低了最高温度，提供了适中的温度控制。
2.4.2. Hybrid liquid PCM BTMSs
混合液冷相变材料（PCM）BTMS通过结合显热与潜热存储，降低峰值温度并延缓热量积累，有效防止热失控传播。齿轮形翅片和多通道液冷板的混合设计显著降低了最高温度和温差。然而，此类系统增加了设计复杂性和重量，且PCM面临熔化-凝固老化和泄漏风险。
2.4.3. Liquid HP hybrid BTMSs
液冷热管（HP）混合BTMS增强了系统传热能力，改善了温度均匀性。优化后的冷板液冷HP BTMS降低了最高温差和压降，尽管系统复杂度增加，需精确的HP定位和冷凝器-蒸发器耦合，但其均热效果显著。
2.5. Evaluation framework for liquid BTMS strategies
基于冷却效率、成本、设计复杂性、可靠性及可扩展性的评估框架表明，直接浸没和混合液冷BTMS冷却效率最高，但成本和复杂性也高；间接液冷在成本、可靠性和可扩展性上提供最佳平衡；喷雾冷却效率中等偏高。评估需综合考虑电气隔离、泄漏风险及大规模部署可行性。
3. Bibliometric analysis methodology
研究人员在Scopus数据库中检索了2015至2025年间发表的英文研究和综述文章，遵循系统评价和荟萃分析首选报告条目（PRISMA）方法进行筛选，最终确定472篇与液冷BTMS高度相关的文献。文献计量分析使用bibliometrix R-package进行，以识别主要信息、演变趋势、期刊分析、国家与机构分析、关键词分析及未来研究方向。
4. Bibliometric analysis results and discussion
4.1. Main information
数据集显示该领域文献年增长率达40.97%，文献平均年龄仅为3.19年，篇均被引49.38次，表明该领域发展迅速且较新。
4.2. Evolution trend
年度发表量呈强烈上升趋势，从2015年的4篇增至2024年的107篇，2025年部分统计已达124篇，为数据集中最高值。
4.3. Journal analysis
发文量排名前两位的期刊为Journal of Energy Storage（79篇）和Applied Thermal Engineering（77篇），后者累计被引6131次。
4.4. Countries and affiliations analysis
中国以214篇文献遥遥领先，其次为印度、韩国、美国和加拿大。主要研究机构包括清华大学、大连理工大学、广东工业大学和江苏大学等，显示出广泛的国际参与度。
4.5. Keywords analysis
关键词共现分析识别出三个主要聚类：聚类1聚焦于温度控制和冷却液系统；聚类2关注电动汽车应用、电池技术及混合液冷技术；聚类3涉及电池建模与仿真，如计算流体力学（CFD）。跨聚类联系表明，未来需将CFD模型与真实EV系统结合，并探索机器学习等智能控制算法的空白。
4.6. Most cited documents
高被引文献主要采用综合综述、技术分类和数值建模等方法，系统梳理了BTMS策略，确立了直接和间接液冷机制，开发了微型通道和混合PCM配置，为液冷优化和热失控缓解提供了理论基础。
4.7. Future research direction
未来的研究空白包括：开发集成产热、电学行为和电池老化机制的电热耦合降解模型；探索基于人工智能（AI）的预测控制算法，以在动态驾驶和充电条件下实现自适应和节能的BTMS实时控制。
5. Comparative analysis of liquid cooling strategies
对30篇近期文献的定量比较表明，液冷BTMS的性能高度依赖于运行条件。间接冷却块和冷板结构简单，提供适中的温度控制；混合液冷PCM BTMS能改善温度均匀性；直接浸没式系统在高倍率放电下潜力巨大，但其性能受冷却液属性和模块设计影响。由于各研究运行条件不同，性能比较应作为相对趋势参考。此外，成本和轻量化指标在文献中缺乏一致报告，限制了直接对比。
6. Research limitations
本研究存在一定局限性：文献计量分析仅依赖Scopus数据库；筛选仅限于英文研究及综述文章；受限于特定搜索关键词；文献计量结果可能受数据库索引和元数据不一致影响，且2025年数据为不完全统计。
7. Conclusions
本文通过整合液冷BTMS配置、冷却液、增强策略和混合系统的技术综述，以及2015至2025年472篇Scopus索引文献的文献计量分析和近期液冷BTMS调查的比较评估，全面识别了该领域的研究趋势与空白。液冷BTMS分为间接（冷却块、冷板）和直接（喷雾、浸没）两类；增强策略涵盖结构控制、TPMS、拓扑优化、仿生设计和电热建模等。该领域持续增长，中国贡献领先，间接冷却块和水分别是研究最广泛的冷却方式和冷却液。未来进展将依赖于系统级实验验证、电化学降解建模、基于AI的预测控制及先进混合冷却配置的发展。
