動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車(chē)的“心臟”，在方方面面影響著汽車(chē)的性能：能跑多少公里？最大加速度是多少？壽命如何？當(dāng)然還有更重要的安全性能，上述問(wèn)題均是電池不可推脫的責(zé)任。

諸多因素影響著動(dòng)力電池的性能， “幫兇”之一便是溫度。電動(dòng)車(chē)主們都深有感觸，談“溫”色變。拿某款電動(dòng)車(chē)型來(lái)說(shuō)，明明有350公里的續(xù)航里程，到冬天后只剩原先的70%，很多人舍不得打開(kāi)空調(diào)取暖，生怕影響到駕駛里程。實(shí)際上，高溫也同樣帶來(lái)電池的損害。公開(kāi)的研究數(shù)據(jù)表明，一節(jié)索尼18650電池在55℃條件下循環(huán)500次，容量衰減近70%。

此外，電池之間溫度的差異帶來(lái)的“短板效應(yīng)”也是造成性能衰退的重要因素。雖然對(duì)于不同體系的動(dòng)力電池，其最佳工作溫度區(qū)間不同，但是無(wú)論如何，該區(qū)間通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)窄于運(yùn)行的溫度區(qū)間。因此，有必要通過(guò)設(shè)計(jì)合理的熱管理系統(tǒng)，控制電池工作在適宜的溫度范圍內(nèi)，并有效控制溫差，從而提高電池性能。

當(dāng)前的電池?zé)峁芾矸椒ㄓ性S多，諸如大家熟知的風(fēng)冷散熱以及液冷散熱。由于空氣對(duì)流換熱系數(shù)相對(duì)較低，且強(qiáng)制風(fēng)冷可能帶來(lái)較大的溫度差異，因此許多汽車(chē)廠商傾向于采用液冷板散熱方案帶來(lái)更好的用戶(hù)體驗(yàn)。然而，隨著動(dòng)力電池能量密度不斷提高、快速充電要求的提高以及對(duì)壽命要求的提升，迫切需要發(fā)展新的熱管理技術(shù)來(lái)解決當(dāng)前的技術(shù)瓶頸，熱管這種高效導(dǎo)熱元件便是未來(lái)高性能動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)最佳選擇。

什么是熱管？

熱管是一種依靠氣液相變?cè)淼母咝鳠嵩Ｒ后w工質(zhì)在受熱端蒸發(fā)汽化, 在壓差驅(qū)動(dòng)下流向另一端并在冷凝段凝結(jié)放熱, 冷凝后的工質(zhì)通過(guò)毛細(xì)力沿多孔材料返回蒸發(fā)段。由于其具有超高的導(dǎo)熱系數(shù)，目前已被廣泛應(yīng)用與能源化工、航天航空、電力電子等領(lǐng)域，在動(dòng)力電池?zé)峁芾眍I(lǐng)域是一顆“潛力新星”。

采用熱管進(jìn)行電池?zé)峁芾淼膬?yōu)勢(shì)

散熱效率高

熱管具有極低的熱阻(~0.1K·W-1)和極高的導(dǎo)熱系數(shù)(＞1000W·m-1K-1)，其散熱熱流密度可達(dá)50W·cm-2以上，換熱能力遠(yuǎn)高于依靠強(qiáng)制風(fēng)冷或單相流體對(duì)流換熱方法。

加熱速率快

公開(kāi)的研究數(shù)據(jù)顯示，通過(guò)熱管導(dǎo)熱對(duì)電池進(jìn)行加熱，其升溫速率是傳統(tǒng)PTC加熱升溫速率的1.5倍。30W加熱功率下可在3分鐘內(nèi)升溫20℃，若功率為70W，則可在2min內(nèi)升溫40℃，因此可大大縮短寒冷環(huán)境下電動(dòng)汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)間。

均溫性能好

研究顯示，一根長(zhǎng)度為1m的微通道熱管，在一端進(jìn)行加熱，其沿長(zhǎng)度方向的溫差不到2℃；一個(gè)380cm2的平板熱管中心處施加一個(gè)面積為1cm2、產(chǎn)熱量20W熱源，整個(gè)表面的溫差也在2℃以?xún)?nèi)，體現(xiàn)了熱管優(yōu)異的均溫性。

安全性好、可靠性高

采用熱管的電池包內(nèi)無(wú)需通入水路循環(huán)，實(shí)現(xiàn)水、電分離，具有更高的安全性。此外，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，因此系統(tǒng)可靠性更高。

當(dāng)前，許多熱管理行業(yè)的學(xué)者及工程師們將目光聚焦于熱管技術(shù)，展開(kāi)了一系列理論與實(shí)驗(yàn)研究。已有的研究包主要涉及：動(dòng)力電池產(chǎn)熱特性對(duì)熱管傳熱的影響分析、針對(duì)動(dòng)力電池的熱管設(shè)計(jì)方法研究、熱管理系統(tǒng)散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究，以及采用熱管的電池低溫加熱研究。已有的研究驗(yàn)證了熱管的可靠性與應(yīng)用價(jià)值，但是隨著電動(dòng)汽車(chē)對(duì)熱管理系統(tǒng)要求的提升，熱管的研究仍有待進(jìn)一步深入：

進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際車(chē)用工況，對(duì)熱管散熱制定有效的實(shí)時(shí)控制策略，實(shí)現(xiàn)高效、低能耗電池?zé)峁芾怼?/p>

充分考慮熱管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其布置方式，優(yōu)化傳熱性能，特別是針對(duì)平板類(lèi)型熱管的性能分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

綜合系統(tǒng)熱、電特性以及系統(tǒng)能耗和輕量化等指標(biāo)，提出熱管理系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方案。

低溫環(huán)境下的加熱策略研究有待進(jìn)一步深入。

《科學(xué)通報(bào)》2019年第7期發(fā)表清華大學(xué)汽車(chē)安全與節(jié)能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張揚(yáng)軍課題組撰寫(xiě)的文章“基于熱管技術(shù)的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究現(xiàn)狀及展望”，針對(duì)車(chē)用動(dòng)力電池?zé)峁芾頍狳c(diǎn)問(wèn)題，綜述了熱管技術(shù)在動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀，總結(jié)現(xiàn)有研究存在的不足及需要突破的關(guān)鍵問(wèn)題。