新能源汽车动力电池热管理发展分析

2023年11月24日发(作者：大众4s店官网)

新能源汽车动力电池热管理发展分析

摘要：随着消费者和国家对新能源汽车性能和安全需求的变化，动力电池包

内的各个系统都在快速进行技术迭代升级。电池热管理系统是维持电池性能和安

全性的关键，本文主要分析电池热管理系统各技术路线的特点和行业应用的变化

走势。

关键词：动力电池；热管理；行业分析；新能源

一、动力电池热管理系统在新能源汽车中的意义

2022年1月至6月全球电动车总销量为416万辆，渗透率达12%，其中国内

上半年电动汽车销量达251万辆，新能源渗透率达22%，随着大众对新能源汽车

的认可度增加，电动汽车占比将会继续扩大。三电系统（电池、电控、电机）和

智能驾驶是新能源汽车的核心，也是各主机厂布局的重要方向。电池热管理系统

为动力电池子系统，主要包括主动冷却、主动加热、保温隔热、热失控防护四个

模块，确保电池工作在适宜的温度范围和温差范围内，从而保证电池的安全性、

动力性、寿命、里程等性能。随着消费者对电动汽车直流快充、动力经济性、高

低温驾驶舒适性需求的增强，动力电池热管理系统愈显重要。

二、国家标准推进

当前新能源汽车国标标准分为六个模块，分别是充电系统及接口、电驱动系

统、车载储能系统、基础通用以及其它系统和部件。动力电池属于车载储能系统，

其包括电池热管理系统、电池管理系统BMS、线束、配电系统，国家标准覆盖了

其电性能、循环寿命、安全、回收利用、规格尺寸编码等，除与安全直接相关的

热失控防护具有严格的国家标准(GB38031)外，其它电池热管理模块暂无相应的

国家推荐标准和行业标准。随着电池热管理系统重要性的日益凸显，当前全国汽

车标准化技术委员会正针对电动汽车动力蓄电池的通用冷却、加热、保温系统，

三、前沿动力电池热管理术路线

（一）冷却系统

冷却系统作用是转移动力电池系统在快充、高速巡航、高温暴晒、低速爬坡

场景等高负载下产生的热量，防止电池过温后发生热失控或者加速高温老化。按

工质种类可将冷却方式划分为风冷、液冷（间接式液冷、浸没接触式液冷）、冷

媒直冷。

风冷系统适用于纯电行驶里程较短，电池发热量比较小的车型，如丰田普锐

斯、五菱MiniEV等。当前插电式混合动力汽车和纯电动汽车的动力电池主要采

用间接式液冷冷却，如特斯拉Model 3、特斯拉Model Y、理想One等，电池热

量通过冷板传递到冷却液中，水泵将冷却液带至换热器中与冷媒进行热交换，从

而实现电池冷却的目的。相对于间接式液冷，浸没接触式液冷的冷却液直接和热

源接触，通过减少工质和热源之间的热阻并增加接触面积，实现增强换热的目的，

但因电池系统元器件众多，在材料兼容性和包体密封性上具有较多技术难点，在

当前乘用车市场还暂未应用，仅在如拉力锦标赛事等特殊车型上有所应用。

直冷系统采用空调冷媒直接对电池包进行冷却，具有提升换热效率、降低整

车结构复杂度、降低成本的优势，但其在直冷板设计和系统控制策略匹配方面有

加热、电阻丝加热、PTC膜加热。在使用热泵空调的车型上可配合使用冷媒直热，

其利用冷媒冷凝过程加热电池。内部自产热加热方式利用功率器件的高频开合关

断，在电池和储能元件之间大电流的充放电，大电流经过电池转换成热量从而使

电池升温，比亚迪DM-i系列的高频脉冲自加热，长安深蓝SL03的电机电池脉冲

自加热均属于内部自产热加热方式，其能节约整车布置空间，但由于需要与汽

[2]

车高压系统进行匹配，其策略逻辑和验证优化门槛较高。

（三）保温隔热系统

保温隔热是为了将电池系统设计成独立系统，其理想目标是让电池包隔绝电

池包与外界环境的热交换。在高温中隔绝外部的热辐射与热对流，例如PHEV车

型中需尽可能地隔绝排气管对电池包的辐射热管，降低高温环境的冷却能耗；在

低温环境中降低电池和环境的热交换，从而降低加热能耗。主要设计思路是提高

电芯到环境的热阻，即采用低导热系数的保温材料覆盖电芯，同时减少电芯到环

境传热路径上的接触面积。

（四）热失控防护

当电池发生滥用时，比如机械滥用（穿刺、挤压）、电滥用（过充过放电）、

热滥用（过热），电池温度迅速上升，电池发生热失控，严重时可能发生起火、

爆炸，因此需按按照国标GB38031进行热失控防护与预警设计，避免发生影响乘

客安全的事件。其防护主要通过隔热、主动冷却、烟道设计、泄压设计、BMS提

前预警算法设计等方式实现。

四、热销车型的电池热管理方式统计

由EV-Volumes统计得出的2022年上半年单车型销量排行榜显示全球销量榜

前20的新能源车型共计183万辆，占全球新能源汽车总销量的44%；如下图所示，

在全球新能源汽车销量排名前20的各车型中，采用液冷液热电池热管理系统的

车型销量占比最大，其共计10款车型的销量占比约为51%；其次是采用直冷系统

的6款车型，其销量占比约为30%，这6款车型均为比亚迪新能源汽车；采用风

冷系统的是4款 A0级轿车销量占比约为19%。

图1 2022年上半年全球销量前20车型的热管理方案统计

从上述数据可以得出目前主流电池热管理系统为液冷液热、直冷直热、直冷

膜加热系统，液冷液热优势在于供应链成熟度高且技术门槛低，而直冷直热方案

具备效率和成本优势双重优势，但其技术壁垒相对较高，目前仅比亚迪、宝马、

戴姆勒公司部分的部分车型配置。

五、电池热管理发展方向

热泵空调是当前各车企的重点布局方向，其最高可降低2/3的采暖能耗，在

使用热泵空调的车型上，直冷直热系统相对于液冷液热系统能进一步提升热管理

性能与系统集成度。而对于搭载普通制冷空调的车型，直冷膜加热系统具备明显

的性能与成本优势。因此，在液冷液热系统已相对成熟的情况下，直冷直热和直

冷膜加热系统是当前新能源汽车的重点研究方向。

此外系统创新也能有效地改善电池热管理性能，例如在硬件上高度集成电池

热管理系统、空调乘员舱系统、电驱热管理(包括发动机、电机、OBC&DC)系统等，

充分利用各系统的余热及不同的工作温度区间，实现对能量的极致利用，其中具

有代表性的是特斯拉的“八爪鱼、华为的“七爪鱼”，与整车热管理系统高

”[3][4]

度集成化将是新能源汽车电池热管理的重点发展方向。

参考文献

[1].颜艺. 基于液体直接接触式电动汽车电池热管理系统研究与设计[D].

华南理工大学.

[2].陈富,一种电动汽车的动力电池脉冲加热系统及加热方法[P].中国：

CN2.8,2020

[3]. Mancini N ,Mardall J OPTIMAL SOURCE ELECTRIC VEHICLE HEAT

PUMP WITH EXTREME TEMPERATURE HEATING CAPABILITY AND EFFICIENT THERMAL

PRECONDITIONING:US2A1[P]. 2021.

[4]. 陈炯德,王彦忠;一种热管理系统及电动车[P].中

国:CN2.8,2020