新能源汽车电池热管理调研报告

2023年12月17日发(作者：日产蓝鸟多少钱一辆)

专题调研新能源汽车电池热管理调研报告

1. 新能源汽车电池热管理

1.1 市场情况

汽车热管理主要作用是为驾驶舱提供舒适温度环境，使汽车各部件在适合的温度范围工作。而新能源汽车的热管理包括空调系统、电池热管理、电子设备热管理和电机热管理，整体价值将达到整车的8%-10%左右。由于温度对电池安全、寿命、性能乃至整车续航里程都产生直接影响，因此电池热管理是新能源汽车热管理的核心。

相比传统汽车，新能源汽车电池热管理系统为新增加的系统，为从0到1的增量市场。以乘用车为例，液冷模式下单车价值在1500元左右。液冷模式的电池热管理系统包括电子膨胀阀、冷却板、电池冷却器、电子水泵等价值量较大的部件，系统整体单车价值约为1500元。该情况下，新能源汽车热管理系统价值量有望由传统汽车2000元左右提升至6000元，预估2020年国内市场规模有望达到70亿。

表1 电池热管理系统（液冷）单车价值量拆分

部件

冷却板

电池冷却器

电子水泵

电子膨胀阀

其他

合计

单个价值（元）

150

200

250~300

150

个数

4~6

单车价值（元）

600~900

200

250~300

150

200

1400~1700

（来源：长江证券研究所）

1.2 电池热管理技术

电池热管理主要分为三个内容：

1）在电池温度较高时进行冷却，防止电池热失控；

2）在电池温度较低时进行加热，确保电池低温下的充电性能和安全性；

3）对电池系统进行保温，提高电池热管理效率，减少热管理能耗。

电池热管理系统的重点在于冷却，且根据冷却介质的不同，可分为风冷、液冷、相变材料冷却三种方式。目前已实现商用的是风冷和液冷，而相变材料冷却方案由于技术尚不成熟，尚未在汽车领域使用，短期内商业化可能性不大。

表1 不同电池冷却方案优劣势对比

项目

冷却介质

接触方式

设计

成本

传热效率

主动风冷

空气

直接

简单

中等

较低

液冷

液体

间接

复杂

较高

直冷（特殊的液冷）

液体

间接，但较液冷更直接

复杂

较高

相变材料冷却

相变材料

直接接触

简单

较低

理论上较高,但由于技术

新能源汽车电池热管理调研报告

专题调研

不成熟,存在导热问题

维护难度

温度下降

温度均匀性

装配难易程度

技术成熟度

是否依靠空调系统

中

低

非均匀

简单

成熟，已广泛使用

是

高

均匀

困难

成熟，已广泛使用

是

高

均匀

困难

成熟，已商用

是

低

高

均匀

简单

不成熟

否

1.1.1 风冷

风冷系统借助空气流动带走电池产生的热量，分为自然冷却（即被动式风冷）和强制冷却（利用风机等，即主动式风冷）。被动式风冷系统利用汽车行驶时与空气相对运动产生的风进行散热，冷却效果较弱；主动式风冷系统则依托现有空调系统，借助空调系统吹入驾驶舱内的冷风实现对电池组的降温。

按照空气流经电池的方式，风冷系统可分为串联式与并联式。串联式风冷系统由于空气依次经过各个电池，因此容易出现各电池之间冷却不均匀的现象。相较之下，并联式风冷对于电池组的冷却更为均匀，效果更好。

该系统结构简单、便于维护，在早期电动乘用车中应用广泛，应用车型如日产LEAF、丰田Prius、本田Insight、现代起亚Soul等，在目前的电动客车、电动物流车中也被广泛采纳。

图1 风冷原理示意图（左）以及风冷路径（右）

1.2.2 液冷

通过液体对流换热方式将电池产生热量带走以达到降温目的。液体介质的换热系数高、热容量大、冷却速度快，对降低最高温度、提升电池组温度场一致性的效果显著。同时，体积也相对较小。形式上较为灵活，既可以将电池单体或模块沉浸在液体中，也可在电池模块间设置冷却通道，又或者在电池底部采用冷却板。电池与液体直接接触时，液体必须保证绝缘（如矿物油），避免短路。同时，对液冷系统的气密性要求也较高。

液冷的冷却效率高于风冷，结构更为复杂，是目前许多电动乘用车的优选方案，国内外的典型产品如宝马i3、特斯拉系列、通用Volt、雪佛兰Bolt EV、比亚迪e5、吉利帝豪EV。

专题调研新能源汽车电池热管理调研报告

图2 液冷原理图（增加了冷却液冷却回路）

1.2.3 直冷

直冷系统是特殊的液冷系统，是在液冷基础上将整车热管理进一步集成，将电池与通入制冷剂的冷板相连，通过制冷剂蒸发吸热的原理，直接带走电池产生的热量。直冷系统不需要冷却液进行导热，能极大地提升换热效率，冷却效率是普通液冷的3-4倍。结构设计方面，直冷系统的设计减少了系统的液体回路，减少了液体泄漏的可能性，但同时也对汽车空调软件控制系统和对三电系统换热的理解提出了较高要求，且该方案管路较长，制冷剂用量大，成本高，目前使用相对较少。

目前该方案集中应用在高端车型上，例如宝马i3（i3有液冷、直冷两种冷却方案）、奥迪A6 PHEV、奔驰S400等。

图3 直冷原理图

2. 国内外主流新能源汽车电池热管理系统

2.1 国外乘用车

新能源汽车电池热管理调研报告

专题调研

出于对电池包大容量快速散热需求的考虑，国外的量产车型大多采用了液冷方案，尤其是美系车和德系车。但，日系车普遍采用风冷方案，而日产采用了少见的被动式风冷。另外，一些小批量豪华车型直接采用了直冷方案。

表2 国外主流乘用车电池热管理方案

车企

通用

特斯拉

福特

大众

宝马

雷诺

日产

三菱

现代起亚

宝马

奥迪

奔驰

通用

沃尔沃

大众

三菱

丰田

车型

Bolt

Model 3

Model S

Model X

Focus

e-Golf

ZOE ZE 40

LEAF

iMiEV

Soul

330e

C350e

Volt

CT6

S60L

XC90 T8

Golf GTE

Passat GTE

Outlander

Prius

技术路线

PHEV

电池容量（kWh）

50/74

85/100

100

24.2

7.6

7.1

14.1

6.4

18.4

11.2

10.4

6.7

9.9

4.4

电池冷却方式

液冷

直冷/液冷

风冷

风冷（自然冷却）

风冷（强制冷却）

风冷

直冷

液冷

直冷

风冷

风冷（强制冷却）

2.1.1 特斯拉Model S

采用液冷方案。

在锂电池组内灌注了水乙二醇（50%的水和50%的乙二醇）的导热铝管呈S形状环绕，如图4（右）图所示，左右两侧的接口为水乙二醇液体的循环接口，在铝管外还包裹着一层橘黄色的绝缘胶带。冷却液不断地在管道中流动，最终会在车辆头部的热交换器散发出去，从而保持电池温度的均衡，防止电池局部温度过高导致电池性能下降。电池热管理系统可将电池组之间的温度控制在±2℃。

特斯拉的液冷采用串行流道，冷板安装于电池间隙，这个设计的结构设计难度较大，同时，蛇形冷板在较大程度上增加了液冷系统的压力损失。

专题调研新能源汽车电池热管理调研报告

图4 特斯拉液冷系统专利（左）及结构实体图（右）

图5 特斯拉蛇形液冷方案示意图

2.1.2 通用Volt/Bolt

通用Volt插电混动采用液冷方案。

每个软包电芯大面冷却，并行流道、紧凑性性、成本较低。以50%水与50%乙二醇混合物为冷却介质。单体电池间间隔布置了金属散热片（厚度为1mm），散热片上刻有流道槽。冷却液可在流道槽内流动带走热量。在低温环境下，加热线圈可以加热冷却液使电池升温。电池组内的温度差可控制在2℃以内。

图6 通用Volt的5并联冷却通道

新能源汽车电池热管理调研报告

专题调研

通用Bolt纯电也采用液冷方案。

图7 通用Bolt电池包液冷设计

2.1.3 宝马i3

采用直冷方案（也有液冷方案），制冷剂为R134a。

图8 宝马i3直冷系统结构图

图9 宝马i3直冷系统结构实体图

2.1.4 大众Passat GTE

采用直冷方案，制冷剂为R134a。

专题调研新能源汽车电池热管理调研报告

芯产生的热量从底面传至导热垫至冷板，再通过制冷剂回路（相变冷却方式）把热量带走。

电池包位于车身后部，整个电池包是由8个1P12S模组串联而成，其中两个模组共用一冷却单元，电

图10 大众Passat GTE电池冷却系统

2.1.5雷诺ZOE系列

采用风冷方案，由中间的孔进，两侧的孔出。

新能源汽车电池热管理调研报告

专题调研

图11 雷诺ZOE内部风道及走风形式示意

2.1.6 日产LEAF

采用少见的被动式风冷方案。

电池组采用密封设计，外界不通风，由192节33.1 Ah的层叠式锰酸锂锂离子电池组成，但其所采用的锂离子电池经过电极设计后降低了内部阻抗，减小了产热率，同时薄层（单体厚度7.1 mm）结构使电池内部热量不易产生积聚，因此可以不采用复杂的主动式热管理系统。

2.1.7 丰田Prius

采用强制冷却的主动式风冷方案。

通风风扇有四种运行模式：关、低转速、中转速、高转速，电池温控系统决定电池风扇的运行模式。

专题调研新能源汽车电池热管理调研报告

图12 丰田电池冷却系统

2.1.8 现代起亚Soul

采用了风冷方案。其风冷路径如下：

图13 起亚Soul EV风冷路径

2.2 国内乘用车

相较于国外多数采用液冷方案的情况，目前我国则主要以风冷为主，且很大一部分采用的是被动式风冷方案。

但，国内大多数车企的电池热管理方案并不能完全满足未来电池向高能量密度、高功率快充发展的需求。从很多主流车企包括比亚迪、江淮、北汽、广汽、吉利、上汽等厂家近年来推出的部分新能源新车型来看，我国电池冷却技术正由目前的风冷方案快速向着液冷等方案转变升级。

新能源汽车电池热管理调研报告

专题调研

表3 国内主流乘用车电池热管理方案

车企车型

F3DM

比亚迪

秦300

宋

腾势400

吉利

帝豪300

知豆D2

荣威E50

上汽

荣威ERX5

荣威eRX5

荣威e950

EC180

E150

北汽

EU260

EU400

EX260

传祺GA5

广汽

传祺GA3S

传祺GS4

传祺GE3

iEV5

IEV6S

江淮

iEV6E

iEV6S

iEV7E

iEV7S

华晨宝马

奇瑞

众泰

蔚来

之诺1E

之诺60H

E200

ES8

技术路线

PHEV

电池容量（kWh）

47.5

16.9

48.3

20.3

41.4

54.4

38.6

19.66/22

10.7

24.5

电池冷却方式

风冷（自然冷却）

风冷/液冷

液冷

风冷（自然冷却）

液冷

风冷

液冷

风冷

液冷

风冷（强制冷却）

液冷

风冷

风冷（强制冷却）

风冷

液冷

风冷

液冷

2.2.1 比亚迪e5

e5的电池热管理方案包括风冷和液冷两种。

2017年推出的e5采用液冷方案，适合在温差较大的西藏拉萨及周边区域使用。

专题调研新能源汽车电池热管理调研报告

白色：空调及PTC暖风系统散热循环水道补水壶

黄色：动力电池水冷高温散热预热、低温预热循环水道补水壶

图14 比亚迪E5的动力舱

2.2.2 广汽传祺GE3

采用液冷方案。

在电芯底部设计了很多铝质流道，电芯和冷却液之间隔着薄铝板和导热系数较高的导热软垫，既保证了高效的导热效率，同时也能避免液体泄漏导致电池短路。

图15 广汽传祺GE3的电池和冷却系统布置图

2.2.3 吉利帝豪EV300

采用液冷方案。

新能源汽车电池热管理调研报告

专题调研

回水管

进水管

图16 吉利EV300的动力电池组件散热管路接口细节特写

2.2.4 蔚来ES8

采用了液冷方案。

电池冷却系统冷却液接口

图17 蔚来ES8的动力电池模组

图18 蔚来ES8的动力电池冷却系统图

专题调研新能源汽车电池热管理调研报告

2.3 国内客车

由于电池组容量大、体积大，功率密度相对较低，因此电动客车多采用风冷方案。其中，由于并联式风冷的散热效率较高、散热均匀较好以及成本较低，获得了纯电客车的认可。

近年来，电动客车开始采用液冷，比亚迪率先进行电动客车动力电池系统液冷方案。

2.3.1 比亚迪

最新改良的纯电客车K8率先配置“动力电池液冷散热及低温预热”系统，散热介质为乙二醇。

纯电客车K9的4组动力电池全部配置液冷散热和低温预热硬件。

电池热管理控制模块动力电池管理控制器

图19 比亚迪K8电动大巴后腔细节

液冷系统出水管

图20 比亚迪K8电动大巴动力电池组件的“动力电池热管理系统”的下水管

新能源汽车电池热管理调研报告

专题调研

2.3.2 宇通

纯电客车采用被动式风冷方案。

电池舱保温措施采用可拆卸的舱门格栅挡板来实现；冬天装上挡板保护电池保温，夏天拆掉挡板有利于电池散热。

图21 宇通纯电客车电池热管理系统（夏季拆掉电池仓舱加快散热）

2.3.3 北京神州巨电

采用被动式风冷方案。

首创大容量锂电池热均衡和超低内阻结构设计，全车动力模块无需特殊散热系统，可在-20度到+70度环境下正常工作。

2.3.4 海格

纯电客车采用主动式风冷方案。

将空调冷风引入电池舱，并在电池舱内增设风扇，确保电池组一直保持在良好的散热状态。同时在电池舱内设有杂物过滤设施，全方位确保电池工作稳定性，保障电池寿命。

2.3.5 中车时代

纯电客车采用主动式风冷方案。其动力电池组C10散热采用引空调风方式，使电池散热效果更好。

2.4 国内物流车

纯电动物流车电池散热常见的方法是风冷，即在电池一侧安装冷却风扇，在电池组内部布置风冷管道进行散热。

纯电动物流车大多数以城市短途货运为主，解决的是物流行业“最后一公里”的问题。因此车辆匹配的驱动电机功率低，散热需求也低，一般纯电动物流车冷却系统只需要一个水箱散热器、一个电子冷却风扇、一个ECU控制器和一个电动冷却水泵即可。因此大部分电动物流车仍然选择风冷方式进行散热。

随着对动力电池散热方式研究的加深，部分企业推出液冷系统。但，从技术成熟度、现实需求及市场占有率来看，大部分车倾向于选择为动力电池配风冷散热。

更多推荐

电池,冷却,风冷,液冷,管理,系统

新能源汽车电池热管理调研报告

发布评论取消回复

最近发表

热门文章

标签列表

新能源汽车电池热管理调研报告

相关文章

发布评论取消回复

最近发表

热门文章

标签列表