1.1研究背景及意义

随着石油、天然气等自然资源的不断缺乏，传统的燃油汽车已逐渐向电动汽车转型。电动汽车的能量主要由电池提供，所以在使用过程中没有有害气体排放^[1]，进而被大范围地推广使用。电动汽车根据其动力源类型的不同可以分为纯电动汽车、混合动力汽车以及燃料电池汽车^[2]。当前，全球能源紧缺和环境污染问题日益严重，氢能和燃料电池是未来重要发展方向和趋势，燃料电池汽车被认为是未来新能源汽车的终极选择^[3]。针对汽车的起动时要面临的一些问题，例如输出较大的功率、瞬态响应特性、燃料电池系统的成本等，目前世界各国汽车制造商开始将重心转移到燃料电池与其它动力源的混合动力汽车中。其中，燃料电池—锂离子电池混合动力系统充分结合了锂离子电池和燃料电池的优点，以提高了动力系统的可靠性、延长了电池的使用寿命，同时也满足汽车能量回收等方面的要求，进而现在得到了更广泛的应用^[4]。

然而锂离子电池的性能受温度的影响很大，在一定的温度范围内才能正常工作，过低或者过高的温度都会影响电池的可放出容量、充放电峰值功率以及循环寿命，严重时甚至会还会带来安全问题^[5]。研究表明，锂离子电池在低温的环境下存在着充放电容量下降的问题。常用的电动汽车锂离子动力电池在-10℃时, 容量及工作电压会明显降低, -20℃时性能会明显恶化, 放电比容量骤降, 仅能保持常温时比容量的30%左右。不仅如此, 低温环境下, 锂离子电池充电过程进行困难^[6]。在北方寒冷地区的冬天，电动汽车在低温环境下的使用更是面临着很多的问题，外界温度过低且停放时间较长时，电动汽车更是无法正常启动。所以采用合理的热管理系统将电池组控制在合适的温度下是很有必要的。现在对于电池冷却技术的研究已经得到了广泛的应用^[7]，然而却暂无有效的低温电池预热系统设计的提出。

综上所述，在低温条件下电池的热管理技术对动力电池的使用性能、寿命以及安全性都有着重要的影响。并且在低温条件下对电池组进行有效的预热，使得电池组工作在适宜的环境温度下有着重要意义。不仅能提高燃料电池汽车的低温性能，更有利于燃料电池汽车在寒冷气候地区的推广和普及。

1.2 国内外研究现状

1.2.1电池组热管理研究现状

电池散热研究现状

作为电动汽车的动力源，电池组的性能和寿命需得到重视。电池组是由电池单体串联而成，单体与单体之间间隔较小，当充放电时容易散热不均匀而导致电池之间温度不均匀，进而引起电池组整体放电性能变差、寿命降低等问题。同时，在电动汽车加速等大倍率放电状况下，如果散热不及时，热量会短时间内大量的积累，使得锂电池组温度急剧上升，甚至会发生热失控引起爆炸等严重事故。电动汽车电池散热方式根据传热介质可大致分为空气散热，液冷散热和相变材料散热这三种方式^[6]。

(1)空气散热

该原理是利用空气与电池间的对流换热来达到对电池组的冷却，一般情况下可划分为自然对流换热和强制对流换热，即是通过设计不同的风道实现对电池系统的均衡散热。该散热方式结构简单、便于维护，但冷却效果不理想，可通过增加肋片来改善换热效果。YANG N,等人^[7]通过对磷酸铁锂电池组采取的不同排列方式达到更好的冷却效果，顺列排布时的最佳纵向、横向间距分别为34mm和32 mm。

(2)液冷散热

该散热方式主要是通过在动力电池模组中安装液冷管道，然后通过液冷管道中的冷却液与电池表面实现换热，最终达到冷却电池的目的。液体介质由于换热系数高、热容量大、冷却速度快的特点，能够有效的降低最高温度、提升电池组温度场一致性并且热管理系统的体积也不大。

(3)相变材料散热

相变材料冷却的机理是利用相变材料的熔化或凝固蓄热来工作的。可以将相变材料填充在导热良好的壳体里面，也可以将电池直接浸泡在绝缘性能良好的相变材料中，直接接触吸放热。当电池组是浸在PCM当中，PCM会吸收电池发出的热量并以相变热的形式储存起来，再在需要的时候释放出来^[8]。目前针对相变材料的研究主要集中在相变材料及其添加剂的研发上。