電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計(jì)，是保障電池運(yùn)行安全的決定性外在因素。也是提升電池系統(tǒng)壽命等性能指標(biāo)的關(guān)鍵所在。它直接關(guān)系到電池系統(tǒng)最終的成敗，可以一票否決設(shè)計(jì)成果。

從熱設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)看，關(guān)聯(lián)元素很多，如同在支點(diǎn)上找平衡。最終的目標(biāo)，技術(shù)實(shí)施的結(jié)果，就是保證系統(tǒng)內(nèi)所有化學(xué)電芯工作環(huán)境的“舒適性”、“均溫性”。做到這一點(diǎn)，眾多電芯的性能才能“齊頭并進(jìn)”，發(fā)揮出最好的作用。

在車用動(dòng)力電池系統(tǒng)早期的設(shè)計(jì)中，不乏以電池布置為主。打開箱體，滿滿當(dāng)當(dāng)?shù)亩际请姵兀瑹峁芾碓O(shè)計(jì)難覓蹤影或被弱化，沒(méi)有作為關(guān)鍵環(huán)節(jié)對(duì)待。近些年，這種情況發(fā)生了根本變化，客戶對(duì)“縮小使用差距(和燃油車)”很迫切，從功率角度、環(huán)境適應(yīng)性，對(duì)電池系統(tǒng)提出了更高的要求，熱管理被賦予了新的使命。這就需要運(yùn)用科學(xué)完整的開發(fā)流程，循序漸進(jìn)，認(rèn)真對(duì)待每一個(gè)小環(huán)節(jié)，讓熱設(shè)計(jì)滿足電池系統(tǒng)要求。

基于V模型正向開發(fā)的入口：三個(gè)關(guān)鍵“需求”，想清楚才能做明白。

其實(shí)，所有零件的設(shè)計(jì)都是基于“需求”的設(shè)計(jì)。但是這么多年的設(shè)計(jì)走過(guò)來(lái)，發(fā)現(xiàn)往往出問(wèn)題的還是“需求”環(huán)節(jié)。有的問(wèn)題在設(shè)計(jì)之初就是模糊或模棱兩可。其結(jié)果只能是事后打補(bǔ)丁，甚至可能推翻設(shè)計(jì)。付出很大代價(jià)。所以設(shè)計(jì)之初就要充分“想清楚”，后期的工作，才能“做明白”。

1)關(guān)鍵需求之一：應(yīng)用“區(qū)域”說(shuō)清楚，滿足環(huán)境要求是第一位的。

從成本角度，不太贊成“全溫度”需求設(shè)計(jì)方案。電池的本征特性NCM、 NCA、 LFP鋰離子化學(xué)電池溫度適應(yīng)性很窄，也只能通過(guò)熱管理去調(diào)節(jié)其應(yīng)用范圍(如圖示)。但是，有一個(gè)問(wèn)題，適應(yīng)環(huán)境越強(qiáng)，溫度調(diào)節(jié)范圍越大，技術(shù)和成本投入也就越大(在熱管理的硬件、軟件部分)。如何權(quán)衡這個(gè)問(wèn)題?我列舉幾點(diǎn)：

措施一，設(shè)計(jì)不同版本的熱管理。盡管我們?cè)诶m(xù)駛里程方面，不遺余力的努力，但是大部分車輛，大部分客戶，還是把新能源車定義為中短途點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的交通工具。運(yùn)行范圍還是比燃油車小。例如，如果在南方地區(qū)應(yīng)用的物流車輛，覆蓋高寒地區(qū)需求設(shè)計(jì)，顯然是不合理，不經(jīng)濟(jì)的。時(shí)下“用戶精準(zhǔn)定位”，的設(shè)計(jì)也是一種發(fā)展趨勢(shì)。

措施二，“告之客戶”：比如說(shuō)，leaf 早期的版本，用戶手冊(cè)上有一條：“勿把車輛，置于49℃以上場(chǎng)所24h以上;置于-25℃以上場(chǎng)所7天以上”。任何產(chǎn)品，都是以滿足大多數(shù)客戶需求為目標(biāo)的。當(dāng)面對(duì)“少數(shù)”客戶，少數(shù)“情況”的時(shí)候。需要給客戶“講清楚”。也是合情合理的辦法。

措施三，從根本入手，選擇電池類型。比如說(shuō)LTO電池，低溫適應(yīng)可以提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。在電量和能量密度要求不高的情況下，是可以嘗試應(yīng)用的。(這一點(diǎn)，不在本文討論)

2)關(guān)鍵需求之二：電池系統(tǒng)功率邊界SOP，考驗(yàn)熱管理溫度限值控制能力

整車的正向設(shè)計(jì)，功率需求是非常重要的。決定著動(dòng)力性能的優(yōu)劣。而電池系統(tǒng)的功率邊界，很大程度上取決于熱管理的限值控制能力。一般來(lái)講，第一步需要整車功率需求的導(dǎo)入。電池系統(tǒng)再行分解技術(shù)指標(biāo)，選擇電芯，選擇熱管理模式等。當(dāng)然，電池系統(tǒng)也有鞭長(zhǎng)莫及的時(shí)候。和整車的匹配曲線，也會(huì)不吻合的。這個(gè)時(shí)候，需要優(yōu)先考慮整車的安全性。

3)關(guān)鍵需求之三：系統(tǒng)溫差設(shè)計(jì)目標(biāo)，主要體現(xiàn)熱管理的均溫能力

我一直認(rèn)為，這是熱管理設(shè)計(jì)的精髓所在。盡管熱管理高低溫的控溫能力，解決了電池的安全運(yùn)行問(wèn)題，但是，體現(xiàn)電池性能，壽命能力，是“系統(tǒng)均溫”能力說(shuō)了算的。Tesla <2℃的系統(tǒng)溫差，除了說(shuō)明他的熱管理能力強(qiáng)大，更關(guān)鍵的是 model S 、model X 15萬(wàn)英里的行駛里程，大部車輛電池容量損失不到10%。這才是真理。

均溫設(shè)計(jì)，更多的是從熱結(jié)構(gòu)、冷媒介質(zhì)、控制策略入手，是比較直接的環(huán)節(jié)。其實(shí)，還有一個(gè)重要的環(huán)節(jié)容易被忽略掉，哪就是“保溫”設(shè)計(jì)(結(jié)構(gòu)材料、控制策略)。保溫措施，是改變溫度變化斜率最有效的辦法。一方面讓高溫時(shí)熱管理降溫更快(降低外環(huán)境影響)，一方面，讓環(huán)境低溫時(shí)，停駛的車輛降溫慢。這給用戶帶來(lái)了便利，也讓環(huán)境溫度略低于0℃的熱管理設(shè)計(jì)，變得簡(jiǎn)化和容易。