动力电池热管理结构设计| 热设计研发流程

热管理是根据具体对象的要求，利用加热或冷却手段对其温度或温差进行调节和控制的过程。根据定义，热管理包括具体的对象，实现手段，热管理参数等。日常生活中随处可见热管理，比如手机，电脑，汽车，房间，到各种工业应用中。其实，生物也是一个复杂的热管理系统。以人为例，热管理对象就是人的身体，热管理的实现手段就是人体的代谢过程，甚至包括人有意识地添减衣服、吹空调、吃等冷的或热的食物等，热管理参数就是人体体温。

根据具体对象的要求，利用加热或冷却手段对其温度和温差进行调节和控制的过程。热管理包括具体的对象，热管理参数（即温度），实现手段（即耗能），可以称为热管理的三要素。热管理是通过温度来体现的，而温度是可度量且可测的。而温度差是传热过程的动力，有温差才有热量的流动。要实现温度差，需要消耗能量，能量的形式可以是电能，热能，机械能，磁能等等。人体就是热管理的最佳代表。

热管理涉及的基本原理为导热，对流传热或热辐射这三种传热学过程中的一种或多种。这三种传热过程的数学表达式均包括温度和温差这两个参数，因为这三种过程皆因温差才产生热量的传递，而温差的产生需要消耗能量。因此，热管理的过程即是通过消耗能量，让对象与外界产生温差，通过传热实现对对象的温度调节。

类别

热管理根据对象对温度的要求可以分为加热，冷却和恒温三种类型。另外需要强调的一点是热管理对象可能不仅对温度有要求，对加热或冷却过程中的温差范围也有要求。以电动汽车中的电池包为例，一般要求电池间温差越小越好。

指标

温度，即对象的温度可以控制在什么温度水平，上下有多大偏差

加热或冷却速率，即对象在加热或冷却过程中单位时间的温度变化，一般以平均或最大速率作为衡量指标

温度差，即对象在热管理过程中温度差可以控制在什么水平，一般以最大温差为衡量指标

能耗比，热管理过程中传热量与功耗之比，这可以作为节能指标或者热管理效率指标。

应用

手机芯片散热，电脑散热，动力电池加热或冷却，汽车、飞机及火箭发动机等，其它对温度控制有要求的对象和场合。

电子产品温度控制的重要性和基础理论在前面的章节已经做了阐释。不管多重要，热的问题始终只是产品要考虑的因素之一，在毫无设计边界前提下解决散热问题是容易的，但那样做是不对的。过程中我们必须综合考量产品其它方面的要求。而且，多数情况下，产品的各项设计方案是不断互动更新、迭代收敛的，越精密、复杂的产品，其可能经历的修改版本数就越多。

一个产品的开发过程中，产品的设计不匹配性被发现的越早，解决起来所耗费的代价越低。一个广为人知的例子是2016年三星NOTE 7手机电池爆炸事件。产品开发阶段，设计人员没有发现这一隐患，产品流通到市场之后安全事件频发。三星公司不得不采取全球召回，造成的直接经济损失就高达数十亿美元。这一事件带来的品牌损失更是难以估量[1]。

发现这种设计层面的不合理，除了每个岗位上的工程师自身专业能力足够强，另一个同样重要的手段就是保持信息的协同。一个好的研发流程，其特征之一是在尽可能不降低工作效率的前提下促使这种信息的及时协同。当然，这个概念上的研发流程已经上升到了整个产品的层级，其实质是一个市场-研发-供应链的协作体系。这反映到热设计部分，就是我们在提出初步的热设计方案后，需要密切关注产品开发过程中的各项更新，与项目组其他人员持续协作，保持对产品最新需求的实时跟踪，迅速、及时调整自己的方案。

热设计工程师的工作将贯穿项目开发全程。对于某些产品，当产品上市后，在其服役过程中现场出现的一些散热、噪声等问题也需要热设计工程师提供方案去解决或者改善。本书后面的章节，会以热设计工程师的工作流程为序，依次讲解各个环节需要用到的理论及工程技术。

热设计开发流程可以通过如下流程图：

图3-1 热设计工作流程