《International Journal of Heat and Fluid Flow》：Recent advances in battery thermal management: from active and passive methods to coupled strategies and environmental challenges
编辑推荐：
•主动式、被动式及耦合式电池热管理技术的系统性综述。•对热性能、环境适应性和工程适用性的深入分析。•先进冷却技术、状态预测与智能热管理的新兴融合趋势。引言能源是经济增长和技术进步的根本驱动力。然而，对传统化石燃料的持续依赖引发了人们对资源枯竭和环境影响的担忧，使得满足日益增长
- •
主动式、被动式及耦合式电池热管理技术的系统性综述。
- •
对热性能、环境适应性和工程适用性的深入分析。
- •
先进冷却技术、状态预测与智能热管理的新兴融合趋势。
引言
能源是经济增长和技术进步的根本驱动力。然而，对传统化石燃料的持续依赖引发了人们对资源枯竭和环境影响的担忧，使得满足日益增长的全球可持续能源需求变得越来越困难。为应对全球范围内对减碳和可持续发展的追求，大量努力被投入到加快清洁和可再生能源技术的部署中（Olabi等，2022；Wu等，2019）。作为这一转型的重要组成部分，新能源汽车（NEVs）在许多国家获得了广泛的政策支持和战略推广，包括中国、英国、法国和挪威（Keiner等，2019；Sun等，2020）。得益于这些举措，新能源汽车行业近年来经历了迅速扩张，并已成为未来交通领域的主要发展方向。如图1所示，过去五年间新能源汽车销量始终保持强劲上升趋势，而传统燃油车辆的市场份额则持续下降。值得注意的是，2024年新能源汽车销量首次超过燃油车辆，反映了车辆电动化加速渗透以及可持续交通技术日益得到认可的态势。
锂离子电池作为新能源汽车的主要储能器件，凭借其高能量密度、长循环寿命和优异的电化学性能而被广泛采用。尽管具有这些优势，电池性能仍受到工作温度的强烈影响（Bukhari等，2015；Lei等，2019；Luo等，2022）。
锂离子电池的性能和耐久性强烈依赖于工作温度（Akbarzadeh等，2021）。在充放电过程中，电化学反应和内阻产生的热量会在电芯内部积聚。过高的温度可能加剧温度不均匀性、加速老化、降低可用容量，甚至引发热失控，从而带来严重的安全隐患（Wang等，2021；Wang等，2019；Gao等，2022）。相反，低温条件会阻碍锂离子传输、增加内阻，并降低功率和能量输出，从而降低车辆续航能力和运行可靠性（Takuto Araki，2005；Farag等，2017）。此外，高海拔低压等恶劣环境条件会改变电池的热行为，并进一步增加安全风险。因此，了解不同环境条件下的电池热特性并开发高效的电池热管理系统（BTMS）对于维持电池安全性和性能至关重要。各种工作环境的影响如图2所示。
电池能量密度和快充能力的持续提升加剧了运行过程中的产热问题，使得高效热管理对于确保电池安全性、性能和服务寿命变得至关重要（Mu等，2026；Noh H, Youn S, Yoon C S等，关于层状Li[NixCoyMnz]O2（x = 1/3、0.5、0.6、0.7、0.8和0.85）正极材料的结构与电化学性质比较研究，J. Power Sources，2013）。为解决这些挑战，开发了大量电池热管理系统，包括主动冷却技术、被动热管理方法和整合多种热控机制的混合系统。风冷和液冷技术主要聚焦于优化流场分布和结构设计，而基于相变材料（PCM）和热管的被动方法则强调材料增强和传热改善。由于主动技术和被动技术的互补特性，混合式BTMS已成为在复杂工况下实现更优热性能的一种有前景的解决方案。
除了常规工作环境之外，电池热管理已逐渐向极端条件扩展。低温环境需要有效的预热策略来缓解性能退化和锂析出现象，而高海拔低压条件可能会改变传热行为并增加热失控风险。因此，在这些严苛条件下进行热调控和安全防护已成为重要的研究方向。
除热控技术之外，电池状态预测作为智能热管理的关键组成部分也日益受到关注。通过提供关于电池运行状态和潜在安全风险的准确信息，状态预测技术能够实现比传统基于温度反馈的方法更为主动和高效的热调控。
因此，如图3所示，本综述系统总结了主动式、被动式和混合式BTMS的最新进展，以及电池预热技术、低压环境下的热失控特性和电池状态预测方法。同时讨论了未来的挑战和潜在研究方向，以支持更安全、更智能、更高效的电池热管理系统的发展。
尽管电池热管理技术取得了广泛进展，但仍有一些挑战尚未解决。现有综述主要聚焦于单一的冷却策略，而对主动式、被动式和混合式热管理方法及其与恶劣工作环境、智能电池状态预测等新兴问题的综合分析仍然有限。此外，热调控技术与其在复杂工况下的实际适用性之间的关系仍需进一步厘清。为解决这些空白，本综述从传热机理、结构设计、性能特征和应用场景等角度系统总结了BTMS的最新进展。批判性地比较了主动冷却、被动冷却和混合热管理策略的优缺点，并探讨了电池在低温和低压条件下的热行为以及状态预测技术在智能热调控中的作用。与以往主要聚焦于特定冷却技术的综述不同，本研究建立了一个将热管理、环境适应性和电池智能化联系起来的综合视角。本综述的研究成果为更安全、更高效、更智能的BTMS发展提供了洞察，并指出了未来朝着集成化和多物理场耦合热管理解决方案发展的研究方向。
章节摘要
主动式热管理
主动式冷却技术以风冷和液冷为代表，其主要研究方向如图4所示。风冷研究主要聚焦于电池布置方式和风道布局，而液冷技术则侧重于各种流道结构的设计与优化。
被动式热管理
被动式冷却技术以相变材料冷却和热管冷却为代表，其主要研究方向如图14所示。
耦合式热管理技术
风冷系统具有结构简单、成本低廉和维护便捷等优点。然而，由于空气导热系数低，其散热性能有限，难以满足大型电池组或复杂极端工况的散热需求（Sharma & Prabhakar，2021；Patel & Rathod，2020）。因此，具有较高导热系数的液冷系统得到了更广泛的应用（Park & Jung，2013）。
不同环境下电池的热性能
除正常温度压力环境之外，电池在低温和低压环境下的热特性及热管理同样值得关注。如图25所示，本文讨论了低温环境下内部和外部预热技术的研究进展，并综述了低压环境下电池的热失控特性。
智能BTMS的基础：电池状态预测
电池状态预测作为电池性能与热管理调控之间的关键桥梁，为智能BTMS控制提供了准确的状态信息。在长期运行过程中，电池不可避免地会发生材料退化和副反应，导致健康状态（SOH）下降和剩余使用寿命（RUL）缩短。同时，电池性能和安全对温度高度敏感，极端温度会加速老化甚至引发热失控。因此，
结论与展望
本综述系统总结了BTMS的最新进展，涵盖主动式、被动式和耦合式热管理技术、不同环境条件下的电池热特性以及电池状态预测方法。主要发现和未来展望可总结如下。
（1）主动式热管理能够提供有效且可控的散热，但其性能强烈依赖于传热增强与能耗之间的平衡。
CRediT作者贡献声明
许玉东：撰写——审阅与编辑，撰写——原始稿件。常龙：软件。常宏伟：调查研究。尹颖：资源。穆明飞：可视化。冯龙：形式分析。
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的竞争财务利益或个人关系，这些关系可能会影响本文报告的工作。
致谢
本工作得到国家自然科学基金（编号：52404170、62103242）、江西省自然科学基金（20232BAB204047）、中国博士后科学基金（编号：2025M780607）、深圳市科技计划（JCYJ20230807153607017）、广东省基础与应用基础研究基金（2025A1515010387、2023A1515110139）的支持。
许玉东|常龙|常宏伟|尹颖|穆明飞|冯龙
