动力电池系统指用来给电动汽车的驱动提供能量的一种能量储存装置，由一个或多个电池包以及电池管理（控制）系统组成。动力电池系统设计要以满足整车的动力要求和其他设计为前提，同时要考虑电池系统自身的内部结构和安全及管理设计等方面。比如整车厂会针对要设计的整车，在考虑安全设计、线束连接线设计、接插件设计等相关要求后，形成一个有限的动力电池系统空间大小。然后在有限的空间约束下，进行电池模组、电池管理系统、热管理系统、高压系统等布置，保证电池单体及模块均匀散热，保证电池的一致性，提高电池系统的寿命与安全。

动力电池热管理系统设计流程

1、确立产品开发流程

电池热管理系统的开发流程应与电池包开发流程保持一致。热管理系统的设计贯穿于整个电池包的设计过程中，在整车开发经过A样件、B样件、C样件、D样件以及最后的产品5个阶段，电池热管理参与每个阶段的设计、更改、试制以及验证。

2、确立热管理开发流程

设计性能良好的电池组热管理系统，要采用系统化的设计方法。电池组热管理系统设计的过程包括如下7个步骤：

（1）确定热管理系统的目标和要求；

（2）测量和估计模块生热及热容量；

（3）热管理系统首轮评估，包括选定传热介质、设计散热结构等；

（4）预测模块和电池组的热行为；

（5）初设设计热管理系统；

（6）设计热管理系统并进行仿真实验；

（7）热管理的优化及上线。

3、确定电池工作最优工作温度范围

由于气候和车辆运行条件对电池影响很大，所以设计电池包热管理系统(BTMS)时需要确定电池组的主要电池种类及最优的工作温度范围。目前电动汽车用电池主要有铅酸电池、氢镍电池和锂离子电池。

（1）铅酸电池的寿命随温度增加线性减少，充电效率却线性增加，随着电池温度的降低充电接受能力下降，特别是0℃以下。铅酸电池一般需要保持电池组内温度的均匀分布和控制现有铅酸电池温度在35～40℃之间。

（2）氢镍电池当温度超过50℃时，电池充电效率和电池寿命都会大大衰减，在低温状态下，电池的放电能力也比正常温度小得多。氢镍电池的工作运行范围应该在0～40℃之间。

（3）锂电池与氢镍电池、铅酸电池相比，能量密度更高，导致生热更多，所以对散热要求更高。常规的锂电池工作温度：-20℃~60℃之间。

4、电池热场计算及温度预测

电池不是热的良导体，电池表面温度分布不能充分说明电池内部的热状态，通过数学模型计算电池内部的温度场，预测电池的热行为，对于设计电池组热管理系统是不可或缺的环节。

（1）电池充电过程中的反应生热

第1阶段：

没有发生过充电副反应之前，生热量主要来自: 电池化学反应生热、电池极化生热、内阻焦耳热。

第2阶段：

在发生过充电副反应之后，生热量主要来自：电池化学反应生热、电池极化生热、过充电副反应生热、内阻焦耳热。其中大部分的生热量来自于过充电副反应生热。充电末期和过充电时，过充电副反应就开始发生。

（2）电池放电过程中的反应生热

池放电过程中的反应生热主要来自: 电池化学反应生热、电池极化生热、内阻焦耳热。氢镍电池放电时化学反应是吸热反应，能吸收一部分热量，所以生热问题不是很严重。

电池的内阻是影响电池生热速率的关键指标，它随着电池SOC变化，在得到电池内阻值后可以通过计算获得电池生热量，下图是某12V～80Ah氢镍电池模块在不同SOC下的内阻值。

5、散热结构设计

电池箱内不同电池模块之间的温度差异，会加剧电池内阻和容量的不一致性，如果长时间积累，会造成部分电池过充电或者过放电，进而影响电池的寿命与性能，造成安全隐患。一般情况下，中间位置的电池容易积累热量，边缘的电池散热条件要好些。所以在进行电池组结构布置和散热设计时，要尽量保证电池组散热的均匀性。以空冷散热为例来，通风方式一般有串行和并行两种，如下图所示。

6、风机与测温点选择

在设计电池热管理系统时，设计人员都希望选择的风机种类与功率、温度传感器的数量与测温点位置都恰到好处。以空冷散热方式为例，设计散热系统时，在保证一定散热效果的情况下，应该尽量减小流动阻力，降低风机噪音和功率消耗，提高整个系统的效率。

7、热管理系统性能评估

热量仿真测试是电池热管理系统最有效的评估手段之一。根据目前已有的风冷和水冷项目经验，热量仿真测试可以完成如下工作：

（1）水冷系统冷却板的压降计算以及冷却水流动一致性计算；

（2）电池包热性能评估计算；

（3）空气冷却系统优化计算。