目前影響新能源汽車大規(guī)模推廣應(yīng)用的因素包括電池系統(tǒng)成本、續(xù)航里程以及電池系統(tǒng)安全性等。隨著新能源汽車技術(shù)的發(fā)展，安全性日益得到重視，動力鋰離子電池在過充電、針刺、碰撞情況下易引起連鎖放熱反應(yīng)造成熱失控，造成冒煙、失火甚至爆炸等。同時動力電池的性能，包括能量密度、使用壽命受溫度變化影響，所以熱管理的重要性進(jìn)一步體現(xiàn)出來。

電池系統(tǒng)熱失控原因

動力電池系統(tǒng)一般主要由電池模組、電池管理系統(tǒng)BMS、熱管理系統(tǒng)以及一些電氣和機(jī)械系統(tǒng)等構(gòu)成。車輛在不同的行駛狀況下，單體電芯由于其自身有一定的內(nèi)阻，在輸出電能的同時會產(chǎn)生一定的熱量，使得自身溫度變高，當(dāng)自身溫度超出其正常工作溫度范圍間時會影響電池的性能和壽命。而電動汽車上的動力電池系統(tǒng)是由多個動力電池單體電芯構(gòu)成，動力電池系統(tǒng)在工作過程中產(chǎn)生大量的熱聚集在狹小的電池箱體內(nèi)，熱量如果不能夠及時地快速散出，高溫會影響動力電池壽命甚至出現(xiàn)熱失控，導(dǎo)致起火爆炸等。

目前國內(nèi)的熱管理研究較多關(guān)注在散熱上，更準(zhǔn)確地說是集中在電池系統(tǒng)箱體和模組層面上，比如液冷系統(tǒng)的應(yīng)用。而在電芯層面上的隔熱防控并沒有過多關(guān)注。從動力電池系統(tǒng)的設(shè)計上可以看到，在進(jìn)行熱管理系統(tǒng)設(shè)計時需要考慮到電芯單體和電池模組這兩個層次的結(jié)構(gòu)。因此在電池系統(tǒng)的整體設(shè)計中就必須要考慮到電芯單體和電池模塊所在位置的溫度環(huán)境的影響。因此在設(shè)計電池模塊排列時，若單體電池之間排列緊湊且沒有散熱和隔熱措施的話，電池組在充放電時溫度會急劇上升，存在嚴(yán)重的安全隱患。

因此需要通過電池?zé)峁芾砑夹g(shù)研究，加強(qiáng)電池的加熱和散熱能力，保證電池工作在合適的溫度范圍內(nèi)和保持電池箱內(nèi)合理的溫度分布。研究需要從單體級別的熱失控產(chǎn)生機(jī)理及特性方面逐步擴(kuò)展到由單體熱失控觸發(fā)繼而傳播到整個電池系統(tǒng)的熱失控級別。

電池系統(tǒng)有無隔熱的對比分析

曾有研究表明在電池單體之間設(shè)置隔熱層，阻斷失控單體向臨近單體傳熱，同時，隔熱層不完全封閉，單體之間留有對流通道，有利于失控單體產(chǎn)生的熱量在整個電池包內(nèi)散熱，避免局部過熱。在《車用動力電池?zé)岱雷o(hù)與散熱集成研究》中，設(shè)置四種方案進(jìn)行熱失控時的熱性能分析（如下圖所示）：

方案一：代表電池單體間不添加任何散熱隔熱措施

方案二：代表電池單體間安置隔熱板

方案三：代表電池單體間安置熱管組

方案四：代表單體間錯落安置隔熱板與熱管組

通過對以上4種方案下正常工況與熱失控時電池組的散熱與隔熱性能進(jìn)行分析，對比驗證該集成系統(tǒng)的熱管理性能，并探究了隔熱板厚度對于熱失控傳播的阻隔作用結(jié)論如下：

（1）四種方案對比表明，方案二阻熱性能突出，可有效延緩熱失控傳播，但是散熱性能較差，僅僅依賴隔熱板和自然散熱無法滿足電池組熱管理需求。方案三散熱性能良好，但隨著放電倍率增大最大溫差驟升。同時，熱失控觸發(fā)后阻熱性能遠(yuǎn)低于方案二和方案四。而方案四不僅大大增強(qiáng)了電池組的散熱能力和電池組內(nèi)各單體溫度均勻性，其高隔熱性能還可有效阻斷熱失控傳播。

（2）通過改變隔熱板厚度，增強(qiáng)電池組散熱能力，可有效阻斷熱失控傳播。當(dāng)隔熱板厚度由1mm增加到2mm時，在保證熱管正常工作的前提下，可將熱失控阻斷在隔熱板之前。

（3）合理的隔熱措施與冷卻方式相結(jié)合不僅能有效提高電池組工作溫度區(qū)間的穩(wěn)定性，還能有效阻斷熱失控。

隔熱材料應(yīng)用案例分析

下圖是通用汽車公司 Volt的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)采用了液冷式散熱方式的解剖圖。在單體電池間設(shè)置有金屬散熱片（厚度為 1mm），并在散熱片上留有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，以便冷卻液能夠在毛細(xì)管內(nèi)流動進(jìn)而帶走熱量，實現(xiàn)散熱的目的。隔熱方案則采用了在電芯與電芯之間放置泡棉的方式。