近期研究表明，电动汽车（EVs）已成为降低温室气体排放、减少化石燃料依赖的可行方案。作为该技术核心的锂离子电池，需高效热管理以保障其最佳性能、安全性与耐久性。本文综述了电动汽车用锂离子电池温度控制的最新研究，探讨了空气冷却、液体冷却、相变材料（PCM）及混合冷却等策略，旨在提升电池热性能，并分析了电池组设计与能源管理方法中面临的挑战及解决方案。随着电动汽车需求增长，改进电池热管理系统（BTMSs）愈发重要，其对长期提升电动汽车续航与安全性具有关键意义。
【研究背景】
电池热管理系统（BTMS）对于将电池组维持在合适温度区间至关重要。正确的热管理可避免电池组过早老化：由于电池对温度变化敏感，高温会引发有害化学反应，而低温则会降低电池组的效率和容量。随着电动汽车需求的增长，高效热管理系统的研发愈发关键。采用先进的BTMS将提升电动汽车的续航里程和性能，确保这一变革性技术的安全性和长期可持续性。
图1. 热失控的成因
本文综述了近期关于电动汽车锂离子电池热管理的多种技术和方法。研究人员探索了优化电池热性能的多种策略，包括空气冷却、液体冷却、相变材料（PCM）及混合系统的应用。此外，综述还探讨了电动汽车锂离子电池组设计和热管理中的关键挑战，重点关注材料选择与能量优化。通过剖析空气、液体、PCM及混合冷却策略，阐述了提升热效率和稳定性的技术局限与创新方案，并对电池组构型进行结构化分析，以最小化热影响，为电动交通中安全性和效率的提升提供系统选型指导。
此外，综述还讨论了能量管理方法的进展，包括智能热调节技术和平衡性能、寿命与成本效益的多目标优化方法，强调了基于GIS的城市规划在充电站战略布局中的作用，以改善可达性和需求预测。通过整合先前关于系统优化遗传算法的研究成果，本综述为开发下一代热管理解决方案奠定了基础，助力电动汽车的可持续发展与广泛应用。
【主要内容】
1. 研究方法
本文对现有研究进行综述，主要目的是识别当前研究趋势并明确需要进一步关注的领域，这对指导未来研究至关重要。此外，文章的总结可为研究人员和从业者提供快速参考，节省其检索特定信息的时间。文献检索采用了IEEExplore、Springer Nature、ScienceDirect和SciELO等数据库及搜索引擎。如图2所示，该图展示了文献筛选与整合的决策流程。
图2. 获取最新技术水平的研究方法
如图3所示，2018至2025年间发表的最新电动汽车研究因技术进步和电动交通普及率提升而具有高度相关性。这些研究聚焦于电池热管理系统优化、车辆续航里程、安全性及可持续性改善等关键方面，并针对资源可用性、能源效率及充电基础设施建设等挑战提出创新解决方案。在此期间，相关研究为向更可持续、高效的交通模式转型、减少碳排放及实现全球环境目标发挥了重要作用。
图3. 关于电池电动汽车的出版物及发表年份
2. 研究结果
关于电池热管理（BTMS）及电池组设计的文献可分为三大类：其一，专注于BTMS设计的研究涉及冷却策略、材料选型与热控制，以提升系统稳定性与能量效率；其二，电池组构型研究分析电芯布局与结构集成，以优化性能并降低热影响；其三，优化技术研究通过先进计算模型与算法改善热管理及系统效率。该分类有助于对比不同方法，凸显电动汽车电池发展的关键趋势。
2.1 发表领域
本研究分析归类了99篇文献，如图4所示，其主要分为电动汽车设计、热管理系统、电池组设计与挑战及其他四大领域。图5进一步展示了各主领域包含的子领域，如需求与挑战、建模与仿真，以及电池组热管理系统中使用的冷却类型。
图4. 四个分类领域的出版物占比
图5. 电动汽车相关文章的子领域
2.2 电池热管理系统（BTMS）
BTMS是电动汽车的核心组件，确保锂离子电池的安全稳定运行。其主要功能为调节温度、预防故障并延长电池寿命，同时在移动和储能场景中维持效率与安全性。在研究占比最高的BTMS领域，文献覆盖了空气冷却、液体冷却、相变材料（PCM）及混合系统等多种热管理技术。
2.2.1 BTMS液体冷却技术
液体冷却在电动汽车电池组热管理中兼具机遇与挑战：其优势在于冷却效率高，可在剧烈充放电时维持最佳温度并均匀散热，延长电芯寿命；同时灵活性强，可与其他热管理系统集成并实现精准控制。但其主要挑战在于系统复杂性——需精心设计以防泄漏并保证可靠运行，且泵、换热器和管道等额外组件推高了实施成本与维护需求（如防腐蚀和抗沉积物堆积）。此外，制冷剂的环境影响也亟待更环保的替代方案。
梳理了电池热管理中各类液体冷却策略，涵盖冷板构型、电池类型、入口温度、流量及传热方程等参数，包括底部冷却、侧壁冷却及基于散热器的设计。其中，热分析提出电芯产热方程：
表明电池组产热量等于单电芯产热量与电芯数量的乘积。
液体冷却系统主要分为散热器型与制冷型，前者通过载液系统将电池热量经散热器散发至环境，在环境温度低于电池目标温度时效率显著，其核心组件包括液泵、散热器和风扇（图6）。液冷系统的换热能力受载液与散热液的温差、换热器表面积与导热系数，以及流体流量等因素影响，泵与风扇的功耗可通过式(3)、(4)计算。
图6. 液体冷却系统类型：(a) 基于散热器的系统和 (b) 基于制冷的系统.
案例研究（图7）通过优化算法最小化归一化退化指数，结果显示最佳工况下电池总有效循环次数提升50%，且算法在所有测试条件下均优于基准方案。研究还发现，电池健康状态（SoH）下降会导致内阻增加，进而降低续航里程。
图7. 应用优化算法的案例研究总结
2.2.2 BTMS空气冷却技术
空气冷却的优势在于结构简单、成本低，无需泵和管道，维护需求少，且重量轻、占用空间小，易与车辆通风空调系统集成。但其挑战在于传热能力低于液冷系统，高负载下散热不足，电池组内温度分布不均，高温环境下性能受限，且风扇运行噪音影响用户体验。
空气冷却分为自然对流与强制对流：前者依赖电池与环境的温差驱动气流，设计简单但高功率场景下效率低，且气流受系统朝向影响；后者通过风扇主动控制气流，散热效果好但能耗高，适用于高能量密度系统（图8）。
图8. 采用优化技术的空气冷却分类
2.2.3 BTMS相变材料（PCM）技术
PCM在电池热管理中的优势包括高储热能力（相变时吸收/释放大量热能以维持电池温度）、能量存储与释放过程中的热稳定性、提升能源效率及可与液冷/空冷系统集成。PCM主要分为有机（如石蜡，需导热增强剂）、无机（如盐水合物，需防腐涂层）和共晶PCM（有机-无机复合，熔点可调但成本高），其分类及优缺点如图9所示。
图9. 相变材料（PCM）中使用的材料类型及其优缺点。
PCM选型需综合热学（相变温度、潜热）、物理（密度、蒸气压）、化学（稳定性、毒性）、动力学（防过冷、结晶率）及经济性标准（图10）。例如，Sun等提出的PCM-翅片复合结构通过纵向翅片和圆柱环提升传热，实验验证该系统在控制温升方面显著优于纯PCM或无冷却系统；Budiman等将石蜡基PCM集成到碳纤维管中，优化布局可降低电池模块温度差异，延长放电时间。
图10. 潜热储能材料的理想特性
但PCM系统面临初始成本高（尤其有机材料）、部分材料长期稳定性差（如水合盐腐蚀）、无机PCM过冷效应，以及系统集成设计难度大等挑战。
2.2.4 BTMS混合冷却技术
混合冷却通过集成液冷、空冷或PCM等多种方式，兼具高传热能力、灵活适应性与能量优化优势。例如，Saeedipour等提出的PCM-铝泡沫-强制空气混合系统，通过CFD仿真验证其将最高温度降至308.1 K，温差控制在2.0 K；Wei等开发的亲水性纤维通道蒸发冷却系统，利用空调冷凝水实现无额外功耗的散热，冷却效率较传统空冷提升20%，温度均匀性提升56%。
然而，混合系统存在设计复杂、组件成本高、维护难度大（如防腐蚀）及制冷剂环境影响等挑战，需创新技术方案确保可靠性。表1对比了各类冷却技术的优缺点及适用场景。
2.3 电池组设计与挑战
电池组设计需优化容量、安全、成本与寿命，其挑战包括降低成本、提升能量密度、完善热管理系统设计、增强电池安全性与可持续性（如回收），以及标准化充电基础设施。例如，Benabdelaziz提出的动态能量模型通过键合图方法和MATLAB/Simulink实现电池热-电行为分析，验证了环境温度和充放电循环对电池性能的影响，为系统优化提供工具（图11）。
图11. 电池模型方框图。
2.4 电动汽车设计
电动汽车设计涵盖动力总成优化（如800 V系统缩短充电时间但需组件升级）、基于GIS和遗传算法的充电站布局规划（图6），以及混合动力系统仿真（如P4构型提升燃油经济性）。研究表明，800 V系统可将充电时间从29分钟缩短至15分钟以内，但需解决高压组件可用性及基础设施改造问题。
2.5 其他领域
该类别包括钠电池研究、电池老化实验设计，以及雪佛兰Bolt电动汽车 propulsion系统优化等边缘领域，为电池技术多元化发展提供参考。
3.总结
热管理是电动汽车设计与运行的核心，直接关系电池及电子元件的效率、安全与寿命。研究表明，液体冷却、相变材料（PCM）及AI散热策略等方案可维持电池系统在最佳温度区间，提升能源效率。但当前面临系统复杂、成本高及集成难等挑战，业界提出通过先进材料、热控算法及集成设计应对。未来研究将聚焦优化热模型、开发高效可持续的热管理系统，探索浸没冷却、纳米技术等新兴领域，同时固态电池、钠离子电池等替代化学体系及智能电网驱动的充电站动态布局和多目标优化技术，将成下一代电动交通发展重点。
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