电动汽车大功率充电过程动力电池充电策略与热管理技术综述

吴晓刚, 崔智昊, 孙一钊, 张锟, 杜玖玉

Charging strategy and thermal management technology of power battery in high power charging process of electric vehicle

Xiaogang WU, Zhihao CUI, Yizhao SUN, Kun ZHANG, Jiuyu DU

表4 大功率充电热管理策略比较

Table 4 Comparison of thermal management strategies for high power charging

冷却方式	文献	电池型号	充电倍率	冷却效果	优点	大功率充电面临的缺点
风冷	[66]	18650	6.67 C	环境温度为45 ℃，电池表面平均温度为62 ℃，高于安全限值7 ℃	①适用于所有类型的电池； ②简单，成本较低	①换热速率低，导致大功率充电过程中无法将温升控制在安全范围内； ②空气入口和出口的温差较大，均匀性无法保证； ③空间需求大。
风冷	[77]	NiMH电池	—	空气冷却不能使温度差低于5 ℃	①适用于所有类型的电池； ②简单，成本较低
液冷	[72]	1240 W的热负荷	热负荷1240 W模拟大功率充电	表面平均温度从66 ℃下降到44 ℃，均匀性指数保持在0.13以下	①空间需求小； ②换热速率大； ③允许电池在大功率条件下运行	①重量，体积有所增加，能量密度减小； ②成本较高； ③在大功率运行过程漏液会造成电力短缺
	[73]	70 A·h袋装电池/35 A·h袋装电池	4 C	最高温度从47.9 ℃下降到41.1 ℃，温差从5.7 ℃下降到3.1 ℃
	[68]	—	5 C	最高温度从66.7 ℃下降到30.8 ℃，温差从31.8 ℃下降到5.4 ℃
	[76]	1240 W的热负荷	5 C	最高温度从77.33 ℃下降到31.3 ℃，温差从13.19 ℃下降到5 ℃以内
	[77]	20 A·h LiFePO₄ battery	3 C/5 C	表面平均温度从66 ℃下降到44 ℃，均匀性指数保持在0.13以下
PCM冷却	[81]	—	5 C	熔点高于45 ℃的相变材料对推荐最高温度低于50 ℃的电池组的散热效果更好	①空间需求小； ②换热速率大； ③允许电池在大功率条件下运行，避免电池过早退化	电动汽车热管理系统研究甚少： ①缺乏热机械性能与散热性能的定量关系描述； ②缺乏PCM热管理无量纲参数对大功率充电等条件下热管理性能的关系式
PCM冷却+风冷	[82]	ICR18650-26FM	1.5 C/2 C	最高温度从61 ℃下降到43 ℃，温差从2.7 ℃下降到1.7 ℃
PCM冷却+液冷	[87]	棱柱式LiFePO₄	5 C	最高温度从335.4 K下降到320.6 K，温差从4 K上升到12 K
热管冷却	[87]	棱柱形锂电池	8 C	熔点高于45 ℃的相变材料对推荐最高温度低于50 ℃的电池组的散热效果更好	①换热速率快，随时随地提供高效热传递； ②功耗较低	工业中较为常见，电动汽车热管理系统未普及，仍为起步阶段
热管冷却	[88]	3 A·h电池和8 A·h电池各组成电池组	1 C，2 C，3 C	输入功率为30 W时，电池的最高温度可以控制在50 ℃以下，最大温差小于5 ℃	①换热速率快，随时随地提供高效热传递； ②功耗较低	工业中较为常见，电动汽车热管理系统未普及，仍为起步阶段