邱健蓄电池相变材料、仿生结构和人工智能在锂离子电池热管理中的应用：全面综述

锂离子电池（LIBs）在运行过程中产生的热量可能引发不良副反应，例如火灾或爆炸。通过采用有效的散热方法，可降低此类事件发生的风险。电池热管理系统（BTMS）通过调控热量产生并确保电芯温度维持在安全可靠范围内，对保障电化学装置的安全运行起着至关重要的作用。本文详细阐述了这些电池系统，并将电池热管理系统（BTMS）划分为四大主要类型：风冷系统、液冷系统、相变材料（PCM）冷却系统以及包含最新开发的耦合与集成构型的混合冷却系统。此外，研究还通过综合分析探讨了相变材料在电池热管理系统中的应用，包括其分类方法、热物理性能优化技术、防泄漏策略及实际工程应用。文章进一步讨论了电池热管理系统发展的新兴趋势，重点聚焦仿生热管理理念，以及人工智能在热建模、系统优化与智能控制中日益重要的作用。这些方法为提升动态工况下的热性能、安全性和适应性提供了极具前景的技术路径。本综述为致力于推动电池技术发展的研究人员与工程师提供了全面的参考依据，为其呈现关键见解、更新研究视角，并针对下一代高性能电池热管理系统给予指导方向。

引言

鉴于当前大多数车辆来源的温室气体排放问题，锂离子电池（LIBs）成为缓解这一环境问题的突出解决方案[1][2]。与现有电池技术相比，LIBs展现出多项优势特性，尤其是其卓越的功率密度和能量密度[3]。该类电池具有显著更高的放电电压，从而在多种应用中实现增强的性能表现[4]。此外，相较于其他电池化学体系，LIBs还具备更优的质量能量密度和体积能量密度[2]。这些特性转化为在给定质量和体积内存储更多能量的能力，使其非常适合于多种应用场景。值得注意的是，LIBs在闲置状态下表现出更低的自放电率，从而确保存储的能量在需要时可即时调用[3]。
锂离子电池（LIBs）的热特性构成了重大挑战，尤其是其工作过程中产生的热量[5]。这种热效应对电池性能产生深远影响，导致效率下降和寿命缩短[4]。此外，过量热量的积聚可能对安全构成重大威胁，可能引发一系列连锁不良反应，包括热失控、电解质降解以及诸如电池破裂或起火等灾难性后果[3]。为缓解这些电池散热问题带来的挑战，实施热管理系统势在必行。这些系统对于将电池温度维持在25至40°C的最佳工作区间具有关键作用[6]。此外，必须将单体电池间的温差控制在相邻单元温差小于5°C的范围内[2]。现有的冷却技术仍不足以调节快速充放电电池的温度，因此有必要考虑采用两种或多种冷却方法相结合的方案[7]。
近几十年来，电动汽车(EVs)的电池热管理系统(BTMS)已成为众多研究的主题，这些研究结合了实验方法与模拟手段。现有文献综述主要聚焦于各类冷却技术，包括空气冷却、液体冷却以及相变材料(PCMs)的应用，并分析了其各自的优缺点。然而，专门探讨仿生学在基于相变材料的电池热管理系统设计中应用的研究仍较为有限。
本研究通过全面综述最新进展、指明当前挑战并提出未来研究方向，对该领域作出重要贡献。研究系统区分了空气冷却、液体冷却与相变材料冷却等传统方法，并重点阐述了创新的混合解决方案——后者通过整合多种冷却技术来提升电池热管理效能。论文还探索了仿生学在电池热管理系统设计中的应用，这种受自然机制启发的设计方法可有效优化热性能。通过提出评估与分类新型电池热管理系统设计的创新方法，本综述为从事电池技术研发的研究人员与工程师提供了宝贵的信息来源。