電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)熱管理和熱仿真
----知識(shí)體系概要
 
Thermal Management and Thermal Simulation for Advanced Electric Vehicle
 
space ,bluewind

 
目錄
電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)熱管理和熱仿真... 1
一、需求分析... 3
1.1 熱管理知識(shí)體系及方案... 3
1.2 熱仿真分析體系... 3
1.3 電動(dòng)汽車熱管理全景圖... 3 
二、動(dòng)力電池系統(tǒng)熱管理... 4
2.1 概述... 4
2.2 動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)功能及目標(biāo)設(shè)置... 4
2.2.1 功能... 4
2.2.2 熱管理目標(biāo)... 5
2.3 動(dòng)力電池?zé)峁芾砑夹g(shù)概述... 5
2.3.1 動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)及熱特性參數(shù)... 5
2.3.2 熱管理系統(tǒng)的硬件構(gòu)成... 8
2.3.3 熱管理策略（控制系統(tǒng)）... 13
2.4 熱管理系統(tǒng)仿真的知識(shí)體系... 15
2.4.1 材料及器件屬性... 15
2.4.2 熱管理系統(tǒng)類型... 15
2.4.3 邊界條件及工作模式... 16
2.4.4 熱管理系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用的影響... 16
2.5 熱分析工具及硬件配置... 16
2.5.1 軟件工具... 16
2.5.2 計(jì)算機(jī)硬件配置... 17
2.6 熱管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)... 17

三、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器熱管理... 19
3.1 電機(jī)熱管理簡介... 19
3.2 電機(jī)熱仿真分析... 20
3.2.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)電磁損耗分析... 21
3.2.2 冷卻系統(tǒng)參數(shù)確定及參數(shù)敏感性分析... 21
3.3.3 不同載荷工況下的熱分析及驗(yàn)證... 21
3.4 功率器件熱分析... 22

四、討論... 23
 
一、需求分析 1.1 熱管理知識(shí)體系及方案

• 關(guān)于電機(jī)和動(dòng)力電池的熱管理仿真，需要的資料、參數(shù)等。
• 提供設(shè)計(jì)方案。

1.2 熱仿真分析體系
構(gòu)建熱管理仿真體系，針對研發(fā)人員能力、軟硬件資源，需要哪些要求、標(biāo)準(zhǔn)。提供具體仿真分析方案。
1.3 電動(dòng)汽車熱管理全景圖
電動(dòng)汽車熱管理包括電池包熱管理系統(tǒng)、電機(jī)熱管理系統(tǒng)和功率器件（逆變器/驅(qū)動(dòng)器）熱管理系統(tǒng)，如下圖所示。

電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)
采用何種熱管理系統(tǒng)方案，主要取決于采用電池包的類型、數(shù)量及其熱特性、電池包在整車中的布局，安全性考慮，軟件控制策略等等。
以下將針對電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)涉及的三個(gè)方面作簡單介紹，以期構(gòu)建出電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)熱管理涉及的知識(shí)系統(tǒng)，并簡要說明熱仿真所能扮演的角色。
二、動(dòng)力電池系統(tǒng)熱管理
2.1 概述
動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力來源，是提高整車性能和降低成本的關(guān)鍵一環(huán)，其溫度特性直接影響電動(dòng)車的性能、壽命和耐久性。目前應(yīng)用較為廣泛的蓄電池主要有鉛酸蓄電池、鎳氫電池和鋰電池。鋰離子電池因比能大、循環(huán)壽命長、自放電率低、允許工作溫度范圍寬、低溫效應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)是電動(dòng)車目前首選的動(dòng)力電池。
不同電池主要參數(shù)對比


 
鋰離子電池包熱管理的要求是根據(jù)鋰離子電池發(fā)熱機(jī)理，合理設(shè)計(jì)電池包結(jié)構(gòu)，選擇合適的熱管理方式，合理設(shè)計(jì)熱管理策略，保證電池包內(nèi)各個(gè)單體電池工作在合理溫度范圍內(nèi)的同時(shí)盡量維持包內(nèi)各個(gè)電池及電池模塊間的溫度均勻性。
2.2 動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)功能及目標(biāo)設(shè)置
2.2.1 功能
電池組熱管理系統(tǒng)有如下五項(xiàng)主要功能：

1. 電池溫度的準(zhǔn)確測量和監(jiān)控
2. 電池組溫度過高時(shí)，熱量的有效排散
3. 低溫條件下的快速加熱，使電池組能夠正常工作
4. 有害氣體產(chǎn)生時(shí)的有效通風(fēng)
5. 保證電池組溫度場的均勻分布

2.2.2 熱管理目標(biāo)
熱管理目標(biāo)（Thermal Management Targets）保證實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車能安全穩(wěn)定運(yùn)行的設(shè)計(jì)指標(biāo)，是熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綱領(lǐng)性文件，起指導(dǎo)作用。
熱管理目標(biāo)的設(shè)置既有熱管理系統(tǒng)自身的專項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，也有整車設(shè)計(jì)中其他各項(xiàng)內(nèi)容綜合考量（如與其余分系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，系統(tǒng)的操作便捷性、安全性、成本控制等）對熱管理系統(tǒng)提出的要求。
熱管理目標(biāo)的設(shè)置需要考慮以下幾個(gè)方面：

• 保證在不同使用工況下，電池包在安全運(yùn)行溫度范圍之內(nèi)
• 可靠性要求（碰撞、外部火燒、涉水、極端高低溫等場景）
• 電池包整體溫度均勻性指標(biāo)
• 使用性能要求（如大充電功率下電池包的快速充電性能，高低溫環(huán)境中的長續(xù)航時(shí)間）
• 溫控的響應(yīng)時(shí)間指標(biāo)（快速冷卻或快速加熱）
• 熱管理系統(tǒng)的能效指標(biāo)（流體冷卻回路流量及壓降參數(shù)）
• 智能化控制要求
• 系統(tǒng)成本考慮（經(jīng)濟(jì)性）
• 維護(hù)便捷性

2.3 動(dòng)力電池?zé)峁芾砑夹g(shù)概述
2.3.1 動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)及熱特性參數(shù)
動(dòng)力電池自身的結(jié)構(gòu)形式和熱特性參數(shù)，共同確定了熱分析模型中的熱源特征。動(dòng)力電池也是熱分析中最重要的分析對象。因此，要實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池包的高效熱管理，需要對其結(jié)構(gòu)特征和不同工況下的熱特性參數(shù)進(jìn)行細(xì)致分析。
2.3.1.1 單體電池結(jié)構(gòu)及熱特性參數(shù)
先從單體電池的結(jié)構(gòu)和熱特性參數(shù)入手。目前單體電池的常見結(jié)構(gòu)有圓柱形和塊狀（片狀）兩種。這兩種電池結(jié)構(gòu)在電動(dòng)汽車的電池包中均有應(yīng)用，如特斯拉和戴姆勒電動(dòng)汽車采用的是圓柱形的鋰離子電池，而尼桑和通用汽車等采用的是塊狀（片狀）鋰離子電池。通過對兩種不同結(jié)構(gòu)形式的電池進(jìn)行巧妙的熱控硬件設(shè)計(jì)，均可實(shí)現(xiàn)高效可靠的熱管理。


左：單體鋰離子電池   右：方塊形鋰離子電池內(nèi)部熱源的結(jié)構(gòu)形式


圓柱形鋰離子電池的結(jié)構(gòu)示意圖
單體動(dòng)力電池的產(chǎn)熱行為較為復(fù)雜，既與電池本身的電化學(xué)特性有關(guān)，又與電池結(jié)構(gòu)形式，以及充放電條件、外界環(huán)境溫度等多因素相關(guān)。
鋰離子電池在充放電期間排散熱量受開路電壓與工作電壓的差異、焓值、熱容變化的影響， 動(dòng)力電池系統(tǒng)的熱產(chǎn)來源主要有以下幾個(gè)方面：

1. 反應(yīng)熱Qr
2. 電池極化引起的能量損失Qp
3. 電池內(nèi)電解液分解和自放電副反應(yīng)引起的能力損失Qs
4. 電池電阻產(chǎn)生的焦耳熱Qj

因此，電池總發(fā)熱量Qa可用下式表示：
Qa=Qr+Qp+Qj+Qs
因而，要獲得電池包精確的熱仿真結(jié)果，進(jìn)行定量分析，就需要向廠商索取不同工況下的熱特性，明確熱源的產(chǎn)熱機(jī)理。這是電池?zé)峁芾淼淖钪匾沫h(huán)節(jié)之一。
2.3.1.2 電池包結(jié)構(gòu)
動(dòng)力電池包由大量單體電池構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)形式由單體電池結(jié)構(gòu)及使用數(shù)量，電氣連接方式，冷卻方式，整車結(jié)構(gòu)布局等多種因素相關(guān)。動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涵蓋電、熱/流、機(jī)等多個(gè)方面，需要進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。在確定初步方案后，還需進(jìn)行多次迭代計(jì)算，相互協(xié)調(diào)，以滿足整體空間分配、熱控需求、電氣特性等多方面要求后，確定最終設(shè)計(jì)方案。
由于動(dòng)力電池包的熱控分系統(tǒng)伴生于電池包結(jié)構(gòu)中，要對熱管理系統(tǒng)進(jìn)行熱/流仿真分析，前提就是必須獲得詳細(xì)的結(jié)構(gòu)信息及與之配套的熱控硬件設(shè)計(jì)方案。下圖是幾種典型電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池包結(jié)構(gòu)形式，熱管理硬件與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完美融于一體。
  

幾種典型車型的動(dòng)力電池包結(jié)構(gòu)
 在電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，熱設(shè)計(jì)人員應(yīng)全程參與，以便實(shí)現(xiàn)熱管理功能與結(jié)構(gòu)功能的高度耦合。同樣，在熱仿真分析中需要提供電池包結(jié)構(gòu)的詳細(xì)三維模型，各部件材料物性參數(shù)等。
2.3.2 熱管理系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
2.3.2.1 冷卻系統(tǒng)
電池工作的溫度環(huán)境要滿足特定的要求，如磷酸鐵鋰電池的一般環(huán)境溫度為-20℃～60℃。電池在充放電過程中會(huì)不斷地產(chǎn)生熱量，如不及時(shí)排散這些熱量，電池內(nèi)部溫度很容易過熱，甚至出現(xiàn)熱失控。因此，電池包的冷卻系統(tǒng)必不可少。
根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，冷卻系統(tǒng)可分為空氣冷卻（風(fēng)冷）、液體風(fēng)冷和相變液冷。這三種冷卻方式的散熱能力是依次增強(qiáng)，冷卻系統(tǒng)的復(fù)雜度也依次增加?，F(xiàn)階段，相變冷卻成本比較高，目前工程技術(shù)上常采用空氣冷卻和液體冷卻兩種方式。

（1）風(fēng)冷模式
主要是強(qiáng)制冷風(fēng)流經(jīng)電池表面進(jìn)行換熱冷卻。這種方案受外界環(huán)境影響比較大，特別是高溫天氣下，還需要從乘員艙引入冷風(fēng)。氣體的密度很小，體積熱容較小，需要較大的流量才能實(shí)現(xiàn)高效換熱，整體換熱效率比較低；另外，因入口風(fēng)溫比較難控制，故電池溫度也比較難控制。這種冷卻方式的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)成本很低，技術(shù)成熟度也較高，在某些電池模組用量較少的混合動(dòng)力車型中仍有采用。
 



（2）液冷模式
冷媒（液冷的介質(zhì)）可采用純水、50%乙二醇水溶液、純乙二醇、空調(diào)制冷劑工質(zhì)等等。液冷模式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。一般會(huì)增加一個(gè)換熱器與制冷循環(huán)耦合起來，通過制冷劑將電池的熱量帶走。
整個(gè)系統(tǒng)主要包括：泵，換熱器，電池散熱板，PTC加熱器、膨脹水箱。電池需要冷卻時(shí)，電池通過散熱板與冷卻液進(jìn)行換熱，加熱后的冷卻液被電子水泵送入換熱器內(nèi)，在換熱器內(nèi)部一側(cè)通入制冷劑，一側(cè)通入冷卻液，兩者在換熱器內(nèi)充分換熱，熱量被制冷劑帶走，冷水流出換熱器在流入電池，形成循環(huán)。電池需要加熱時(shí)，關(guān)閉制冷回路，開啟PTC加熱器，冷卻液被加熱后送入電池內(nèi)部，通過散熱板加熱電池?？梢酝ㄟ^控制制冷回路通斷以及控制PTC加熱功率，來控制冷卻熱的溫度，從而控制電池內(nèi)部溫度。此種方案系統(tǒng)比較復(fù)雜，成本較高。

 
    液冷模式的熱管理系統(tǒng)原理

（3）空冷/水冷混合冷卻系統(tǒng)
空冷/水冷混合冷卻系統(tǒng)原理如下圖所示 ?？绽?水冷混合冷卻系統(tǒng)中有兩個(gè)關(guān)鍵零部件：一個(gè)是水冷的電池冷卻器，另一個(gè)是空冷的電池散熱器?？绽?水冷混合冷卻系統(tǒng)具有系統(tǒng)緊湊、性能好且低溫環(huán)境下經(jīng)濟(jì)節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，但此系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、控制復(fù)雜且可靠性要求高。
 

風(fēng)冷、水冷混合系統(tǒng)冷卻原理圖

冷卻系統(tǒng)還可根據(jù)能量提供的來源，分為主動(dòng)冷卻和被動(dòng)冷卻。通常被動(dòng)冷卻系統(tǒng)直接將電池內(nèi)部的熱空氣排出車體，而主動(dòng)冷卻系統(tǒng)通常具有內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，并根據(jù)電池系統(tǒng)的溫度進(jìn)行主動(dòng)調(diào)節(jié)，以達(dá)到最佳熱控效果。被動(dòng)冷卻形式具有結(jié)構(gòu)簡單、零部件數(shù)量少、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于電池冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。
根據(jù)鋰離子電池產(chǎn)熱原理，傳熱冷卻方式，及風(fēng)冷散熱和液冷散熱方案性能比較，一般而言，液冷散熱效果要好于風(fēng)冷，液冷散熱將是未來適合復(fù)雜工況的大功率鋰離子動(dòng)力電池?zé)峁芾淼闹匾芯糠较?。但對于小型、短程、使用環(huán)境較為友善的電動(dòng)汽車，其熱管理強(qiáng)度相對較小，仍有風(fēng)冷使用的場合。針對特定的車型，仍需要具體分析，以確定最合適的熱管理方式。
2.3.2.2 加熱系統(tǒng)
加熱系統(tǒng)是為了滿足在低溫環(huán)境下能夠使電池能正常充電。由于汽地域適用性較為廣泛，在寒冷地區(qū)要使電動(dòng)汽車能正常使用，必須電池加入額外的加熱系統(tǒng)以滿足要求。
加熱系統(tǒng)主要由加熱元件和電路組成，其中加熱元件為核心部件。常見的加熱元件有正溫度系數(shù)（PTC, Positive Temperature Coefficient）加熱元件和恒定電阻加熱元件，后者通常由金屬加熱絲/箔組成的加熱膜，譬如硅膠加熱膜、聚酰亞胺撓性電加熱膜等。PTC加熱元件由于使用安全、熱轉(zhuǎn)換效率高、升溫迅速、無明火、自動(dòng)恒溫等特點(diǎn)而被廣泛使用。
2.3.2.3 隔熱保溫系統(tǒng)
保溫系統(tǒng)更多的情況下是為了滿足短期內(nèi)電池系統(tǒng)內(nèi)部溫度熱環(huán)境在正常區(qū)間內(nèi)。保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常采用保溫材料或者保溫漆等，起到隔絕的作用，防止電池系統(tǒng)內(nèi)部溫度過快的散發(fā)。在寒冷地區(qū)一般從兩個(gè)方面出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別是電芯加熱和箱體保溫方案，電芯加熱方案就是采用加熱器加熱電池本身。


箱體隔熱的意義在于：

1. 保持系統(tǒng)內(nèi)部溫度，有利于低溫充放電，延長使用壽命；
2. 保持系統(tǒng)內(nèi)部溫度，降低高溫路面熱輻射對系統(tǒng)內(nèi)部溫度的影響；
3. 外部出現(xiàn)高溫（如燃燒）時(shí)，保證電池包內(nèi)正常溫度，延緩電池?zé)崾Э貙?dǎo)致爆炸，提高安全性。

從目前電池系統(tǒng)的發(fā)展趨勢來看，采用液冷系統(tǒng)越來多，因此箱體隔熱設(shè)計(jì)越發(fā)重要。常用的保溫材料有絨毛氈（0.05 W/m·K）、聚氨酯泡棉（0.03 W/m·K）、二氧化硅氣凝膠（0.02 W/m·K）等。氣凝膠隔熱效果最好，但成本較高，現(xiàn)階段仍不適合大規(guī)模應(yīng)用。另外，在對箱體鋪設(shè)泡棉或氣凝膠隔熱材料時(shí)，不可避免地需要拼接，工藝實(shí)施性不佳。而聚氨酯可直接在箱體內(nèi)發(fā)泡成型，嚴(yán)密貼合，實(shí)現(xiàn)最佳的隔熱效果。下圖顯示的是一種采用聚氨酯發(fā)泡成型的電池艙。
 

2.3.2.4 均熱（溫）系統(tǒng)
由于電池組中單體電池是互相串聯(lián)的，任何一只電池性能下降都會(huì)影響電池組的整體表現(xiàn)。溫度均勻性對動(dòng)力電池的性能至關(guān)重要。當(dāng)電池溫差為5℃、10℃、15℃時(shí)，相同充電條件下電池組的荷電態(tài)分別下降10%、15%、20%。
為了保證各個(gè)電池的使用過程中溫度均勻性，在采用主動(dòng)散熱和被動(dòng)散熱時(shí)通常需要在電池包內(nèi)部設(shè)置流道或者風(fēng)道，實(shí)現(xiàn)電池包的溫度均勻性。目前的方式存在兩個(gè)缺點(diǎn)：1、電池包安裝復(fù)雜，結(jié)構(gòu)制造難度較大，成本高；2、需要較大的泵功率。
均熱系統(tǒng)還可以利用熱管，高導(dǎo)熱材料等手段實(shí)現(xiàn)。
目前在對電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的熱管理中，應(yīng)用熱管作為均熱的應(yīng)用研究還不多，真正投入實(shí)際應(yīng)用的幾乎還沒有，但包括特斯拉在內(nèi)的電動(dòng)汽車巨頭已經(jīng)申請了采用熱管的電池包熱管理系統(tǒng)?？墒褂玫臒峁苤饕ɑ芈沸椭亓峁埽}動(dòng)熱管、燒結(jié)熱管和平板環(huán)路熱管。
我們提出一套均溫方案，針對塊狀（片狀）電池包可實(shí)現(xiàn)溫度均勻度在±1.5℃以內(nèi)。該方案可用于電池包的均溫處理，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)。
2.3.2.5 結(jié)構(gòu)布局
電池箱內(nèi)電池模塊的溫度差異與電池組布置有很大關(guān)系。一般情況下，中間位置的電池容易積累熱量，邊緣的電池散熱條件要好些。所以在進(jìn)行電池組結(jié)構(gòu)布置和散熱設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量保證電池組散熱條件的均衡一致。
如下圖所示，不同車型中的動(dòng)力電池包采用安裝方式和空間布局也各不相同，可以為前置，后置，側(cè)置，還有較為流行的T型布局等。根據(jù)電池包安裝布局方式的不同，其熱管理的方法和方式也應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整。

不同類型電動(dòng)汽車系統(tǒng)布局圖

下圖為一種電池包偏后置的布局方式，電池包的液冷冷卻回路與車頭位置的風(fēng)冷換熱器相連。由于是后置，用于連接的管道較長，沿程阻力損失較大，對泵的功率要求會(huì)偏高。電池包的布局對熱管理系統(tǒng)的影響，從此例中可窺一斑。
 

2.3.3 熱管理策略（控制系統(tǒng)）
熱管理控制策略的功能是對電池包內(nèi)個(gè)電池模塊溫度的監(jiān)控，并自動(dòng)根據(jù)相應(yīng)算法對熱管理系統(tǒng)中冷媒的流速/流量，壓力，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等目標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高效、快速、可靠的熱管理任務(wù)。同時(shí)，用盡量精簡的控制手段，最少的能量損耗實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。
下圖為特斯拉某型電動(dòng)汽車的電池包熱管理系統(tǒng)，其系統(tǒng)采用模糊智能邏輯實(shí)現(xiàn)了電池包高效的溫度管理和能量管理。
 

特斯拉某型電動(dòng)汽車的電池包熱管理系統(tǒng)
 
熱管理控制策略中的參數(shù)設(shè)置應(yīng)與相應(yīng)的熱控硬件能提供的能力相匹配。相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，可以通過熱流仿真分析來確定。根據(jù)熱流仿真分析結(jié)果，提取關(guān)鍵的熱管理參數(shù)，為熱管理軟件控制系統(tǒng)提供參考。
同樣，對于已經(jīng)設(shè)計(jì)完畢的熱管理硬件系統(tǒng)，仍然可以根據(jù)熱流分析來優(yōu)化流速，壓力、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等參數(shù)，以最經(jīng)濟(jì)的配置實(shí)現(xiàn)熱管理目標(biāo)。
值得注意的是，目前大多數(shù)商用軟件在設(shè)置控制策略方面的功能（如根據(jù)設(shè)置的目標(biāo)溫度，利用PID算法自主調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的流量）較弱。在這一方面，在航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的NX Thermal/Flow擁有較強(qiáng)的控制算法設(shè)置功能。
 
2.4 熱管理系統(tǒng)仿真的知識(shí)體系
2.4.1 材料及器件屬性

• 熱管理系統(tǒng)中各種材料在工作溫區(qū)的各項(xiàng)基本物理屬性，尤其是熱物理屬性，主要包括：密度、熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）、比熱容、相變特性（相變溫度范圍、相變潛熱等）。涉及的材料/器件主要包括：
• 熱管理硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)件
• 均溫/冷壁材料
• 隔熱保溫材料
• 冷媒（冷卻介質(zhì)，如空氣、水，其他工質(zhì)）
• 電池?zé)崽匦?/li>
• 充、放電熱特性
• 不同驅(qū)動(dòng)功率下的熱特性
• 不同負(fù)載條件下的熱特性

2.4.2 熱管理系統(tǒng)類型

• 冷卻方式選擇
• 主動(dòng)冷卻或被動(dòng)冷卻
• 風(fēng)冷、液冷或風(fēng)冷/液冷復(fù)合
• 電池組結(jié)構(gòu)布局
  • 前置
  • 后置
  • 側(cè)置
  • T型布局
  • 其他

2.4.3 邊界條件及工作模式
電動(dòng)汽車在不同工作模式（高溫工況、低溫工況、極端熱流密度工況）的熱邊界條件各不相同。
 

 
2.4.4 熱管理系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用的影響

• 控制策略功能及分類
• 溫度調(diào)節(jié)算法

2.5 熱分析工具及硬件配置
2.5.1 軟件工具
2.5.1.1 系統(tǒng)級熱管理系統(tǒng)分析
系統(tǒng)級熱仿真分析軟件主要用于模擬熱管理系統(tǒng)的性能分析，對各個(gè)環(huán)節(jié)的性能配置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)級熱分析軟件主要有：

• MotorSolver /FlowMaster
• MATLAB/SIMULINK

某型電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)的一維熱仿真模型
2.5.1.2 三維熱流分析
CFD軟件或具有CFD功能模塊的軟件平臺(tái)。

• Star CCM+：是一款通用的CFD商業(yè)軟件，特別之處在于擁有蓄電池分析模塊。該軟件現(xiàn)已經(jīng)被Siemens公司收購，將集成于NX平臺(tái)。
• Fluent：集成于ANSYS平臺(tái)，也是一款通用的CFD商業(yè)軟件，流場分析功能強(qiáng)大，對于復(fù)雜系統(tǒng)前處理工作非常耗費(fèi)時(shí)間。
• Comsol：多物理場分析軟件巨頭，擁有電池從電化學(xué)反應(yīng)到熱/流分析等一系列功能模塊。
• FloEFD：工程流體分析軟件，流場分析具有一階精度。該軟件使用方便，可解決大多數(shù)的工程熱流分析問題。
• Flotherm與Icepak：均為電子設(shè)備熱分析專業(yè)軟件，擁有完善的電子設(shè)備熱分析相關(guān)的工程數(shù)據(jù)庫，適于電子設(shè)備（器件）的熱分析。
• NX Thermal/Flow (Advanced)：為航天領(lǐng)域最常用的軟件模塊，在滿足常規(guī)熱流分析問題的基礎(chǔ)上，具有恒溫控制程序和復(fù)雜的熱流邊界條件自定義的功能，可用于熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.5.2 計(jì)算機(jī)硬件配置
根據(jù)資金寬裕程度，計(jì)算機(jī)配置越高，越早獲得求解結(jié)果。
2.6 熱管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
高效的熱管理方案設(shè)計(jì)，需要建立在系統(tǒng)的功能需求的詳盡、透徹分析的基礎(chǔ)上。綜合考慮電池產(chǎn)品特征、各項(xiàng)技術(shù)難度、工藝可實(shí)施性、造價(jià)等。
現(xiàn)有的電池包熱管理系統(tǒng)既有少量的強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱方式，更多的是采用液冷。各大汽車廠商均申請了電動(dòng)汽車動(dòng)力電池?zé)峁芾矸矫娴膶＠，F(xiàn)已公布的動(dòng)力電池?zé)峁芾矸桨副容^典型的有特斯拉、通用汽車、寶馬，均采用直接膨脹式冷卻基板的原理，但在結(jié)構(gòu)形式上各不相同。
以下展示的特斯拉和通用汽車公司申請的電池?zé)峁芾韺＠ㄈ海?。其余廠商也有相應(yīng)的熱管理專利，在此不作詳細(xì)闡述。
 


 
不可避免地，熱管理方案的設(shè)計(jì)要植根于具體的電池形式（圓形或方塊，使用數(shù)量，組裝方式），安裝結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)，熱管理方式的選擇，工藝可實(shí)施性和費(fèi)用等因素。在確定了上述若干主要因素后，可展開迭代設(shè)計(jì)。
在為新型電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池設(shè)計(jì)熱管理系統(tǒng)時(shí)，可以借鑒原理，理解其熱管理方案設(shè)計(jì)的核心思想和關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，然后進(jìn)行合理優(yōu)化改進(jìn)，以避免侵犯他人專利權(quán)，而掉入專利陷阱。
目前，我們已有一套結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用性較強(qiáng)的熱管理硬件系統(tǒng)方案，可配合新能源汽車廠商進(jìn)行推廣應(yīng)用。

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