很多人都知道，锂离子电池自身的温度保持在20-30℃范围内最佳，保持在0-45℃范围内则较为舒适：当锂离子电池自身的温度低于0℃时，容易出现充电析锂或放电降功率的现象；当锂离子电池的温度超过45℃时，锂离子电池的循环寿命会急剧下降，而且还可能会出现热安全问题。然而，随着电动汽车的普及推广，消费者对电动汽车所处的环境要求越来越高，-30~45℃的环境温度已经成为越来越多电动汽车所需要面对的场景。与此同时，锂离子电池在使用过程中产生的大量热量，会使锂离子电池自身的温度升高。在此情况下，要将锂离子电池的温度保持在 0-45℃范围内以保证动力电池系统寿命和安全，则需要通过高效的热管理系统去实现：保证在-30-0℃环境温度中使用的锂离子电池自身的温度不低于0℃；保证在0-55℃环境中使用的锂离子电池自身的温度不高于45℃。
      与动力电池系统一样，热管理系统也是一个生态系统，它的设计过程需要遵循“V”模型开发模式、借助仿真工具以及通过大量的测试验证，只有这样才能提升开发效率、节省开发成本以及保障系统的可靠性、安全性和使用寿命。
      高温除了会影响锂离子电池的循环寿命，还会危害到锂离子电池的安全。此外，电池系统内部的锂离子电池之间的温差也是影响电池系统使用的一个非常重要的因素：研究表明，当温差超过5℃时，系统的SOC差异大于10%；此外，温差还会导致电池系统寿命一致性和发热一致性降低。由此可见，冷却系统对于保证电池循环寿命、热安全和一致性至关重要。
      常用的冷却方式主要有4种：自然冷却、强制风冷、夜冷和制冷剂直接冷却（简称直冷）。其中自然冷却、强制风冷、和液冷这三种冷却方式都是利用冷却工质流过热功率表面时发生的对流换热将热量带走，过程中冷却工质没有发生相变。直冷则是冷却工质在冷板中发生相变，并利用相变吸热带走大量的热量。
      现在我们再来介绍一下动力电池系统热管理设计中冷却方式的选择：自然冷却系统。
      自然冷却是利用空气的自然对流换热，将PACK、模组或电池单体的热量传递到周围空气中，从而在一定程度上降低电池单体的温度。由于空气的导热系数较低，且自然对流的流动也较弱，因此自然冷却的散热效率一般比较低。此外，当电池系统周围不存在其他热源时，温差也可以控制 在 较小的范围内。自然冷却方式虽然效率较低，但这种方式的成本较低、所占的空间较小以及电池单体间的温差较小（无外部热源时）。在电池系统运行工况缓和、成本控制较高以及留给热管理系统的空间十分有限的情况下，自然冷却方式是一种可取的选择。
      虽然自然冷却属于空气自然对流的一种被动冷却方式，但仍然需要进行设计。设计的思路一般是先将电池单体的热量从模组内部传导到模组外部，然后再将这些热量传导到箱体外部，而这其中尤其是以模组的热设计最为重要。接下来将分别对方形模组、软包模组、和圆柱模组的自然冷却设计进行探讨。

      1、方形模组

      根据方形电芯的成组特点，一般在电芯与模组金属底板之间增加可以压缩的导热胶层（GLPOLY的绝缘导热垫XK-P20）从而在电芯与模组金属底板之间建立一条传导效率较高的导热路径，并将电芯产生的热量传递到金属底板上，然后将热量传递到模组外部，如图5-7所说示：

      2、软包模组

      软包电芯的特点是厚度相对较小、宽度和长度比较大，因此会利用电芯的大面（即电芯宽度方向和长度方向形成的面）进行热设计。如图5-8所示，在两个软包电芯之间安装导热的金属板，并将电芯产生的热量传递到金属板，然后通过金属板将热量传递到模组外部。

      3、圆柱模组

      在成组过程中，圆柱电芯的正极和负极往往会与汇流排焊接，因此可以用于热设计的只有电芯的圆柱面。一般情况下，在成组过程中将电芯之间的间距保持在一定的值，并采用错排的方式进一步增加电芯的间距，如图5-9所示，同时将模组的塑料外框镂空。这样，电芯产生的热量通过圆柱面传递到模组内部空气中，然后通过对流传递到模组外部。电芯单体产生的热量传递到模组外部之后，热量还在箱体内部，还需要通过箱体本身传递到箱体外部。在进行箱体设计时，需要优化模组与人体之间的热量传递效率。相对于模组热设计来说，箱体的热设计相对来说较为简单，再此就不进行详细描述。

　　自然冷却的设计过程如果借助热流体仿真分析工具，则可以在设计时获取电池系统内部的温度分布，并为优化设计提供指导。下图是电池系统的热流体仿真分析，该电池系统采用自然冷却方式进行散热，热设计目标为电芯的最大温升小于10℃，电芯之间的最大温差小于5℃。仿真结果表明：在电池系统运行特定工况时，箱体内部电芯的最大温升为7.5℃；电芯之间的最大温差为2.4℃，满足设计要求。

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