風冷系統，是動力電池包領域應用最早的一種熱管理技術。低成本和環境適應性強，是風冷廣為應用的主要原因。

通過風扇產生空氣的強迫流動，推動電池箱體內部空氣的有序流動，帶走電池工作過程中產生的熱量。近兩年，由于對電池包密封等級要求的提高，直接在電池箱體上安裝風扇，設計純粹的風冷冷卻系統越來越少。但配合其他傳熱形式，將風冷作為冷卻系統向廣闊空間散熱的手段，正在被越來越多的研究討論。

1風冷系統原理

基本概念整理

熱的傳遞方式有三種：熱傳導、對流和熱輻射。熱傳遞的基本動力是溫差的存在。冷卻系統，利用熱傳遞的基本特性，有目的的將熱量從一個系統導出，傳遞到與目標不相關系統中去。

冷卻系統有很多種，廣義上說，凡是能夠實現熱量轉移的都算冷卻系統。粗糙的分類，冷卻系統有空氣冷卻系統，液體冷卻系統和相變材料冷卻系統。從原理上分，有的主要依靠流體對流散熱，有的依靠固體熱傳導散熱，有的依靠介質物理形態的轉變吸收和放出熱量。

風冷，屬于空氣冷卻的一種。所謂空氣冷卻，就是把空氣當做冷卻介質，主要依靠對流傳熱的形式，把目標系統的熱量帶走。空氣冷卻除了風冷，還包括自然冷卻的形式。風冷和自然冷卻的區別只在于空氣流動的動力來源，有動力屬于風冷，沒有動力屬于自然冷卻。

空氣是一種流體冷卻介質，與浸泡其中的物體主要的熱傳遞方式，以對流為主。

對流換熱，指流體內部或者流體與有表面接觸的固體之間，由相對位移而產生的熱量交換過程。對流換熱過程，既受到熱傳遞規律的影響，又受到流體流動規律的制約，是一個復雜的物理過程。

影響熱對流的因素比較多：熱量交換雙方的溫差，傳熱面積，流體流動速率，流體自身參數，流體的流動形態（穩流還是湍流）等。而流體流經空間幾何形狀和表面狀況，流體流速和流體密度，流體粘度和溫度，又會影響流體流動形態。

風冷系統

風冷系統，是利用空氣的受迫流動對目標系統進行冷卻的裝置，主要組成部分包括風扇、流道、散熱器，還可以包括集熱器、熱管等配合風冷設備共同發揮作用的裝置。

一般的風冷系統，在一個封閉空間內，設置進風口和出風口。空間內的冷卻對象的結構布置形式，盡量組合成理想的空氣流道，使得散熱效果均勻一致。如果冷卻對象有流動空氣難于直接抵達的部位，則配套設計風冷散熱器，將熱量從冷卻目標內部傳導至外部，與流動空氣充分接觸，保證散熱效率和均勻性。

基于影響對流散熱因素的認識，散熱器往往會設計出較大的空氣接觸面積，比如翅片就是風冷散熱器的常用形式。下圖中的舊式暖氣，就是翅片散熱的一種形式。

2風冷系統總體設計

動力電池包選擇使用風冷系統作為冷卻手段，需要確定如下事項：

電池包總體發熱能力；

風冷系統散熱能力；

電池包內模組的排列方式；

進出風口位置；

氣流通道規劃；

風扇類型選擇（鼓風還是抽風）；

選擇散熱器形式（如果有）；

風冷系統原理框圖（體現以上內容）；

風冷控制策略。

3設計流程

3.1電池單體和電池組生熱量和生熱速率計算（略）

昨天的文章《鋰電池液冷系統設計，有哪些需求和計算》，其中項目需求以及電池生熱計算部分，不同冷卻方式，這兩部分不會有太大差異。本文重點記錄風冷的設計中不同于水冷的部分。

3.2風扇選型

根據3.1的計算結果，電池包的生熱功率作為冷卻系統散熱能力的下限，還要保有一定余量。

風扇送風有兩種類型，鼓風風扇和抽風風扇。鼓風式風扇，風壓大，風量集中，適用于電池模組布置密度不均勻情形。抽風風扇，風壓小，風量分散但均勻，在風冷中被使用頻率較高。兩種風扇均可匹配管道使用，但電池包冷卻很少采用這類形式。

風扇的基本參數：轉速、風壓、風量、噪音，以及供電功耗和可控檔位數量。風扇電源電壓，需要注意與電池管理系統提供的電源等級相匹配。

3.3風冷散熱器的選型

在風冷系統中，有的情形，直接讓氣流在需要散熱的空間內流過，達到散熱目的；有的情形，在電池組中設計散熱器，將電池熱量快速導出，冷卻氣流流過散熱器表面，提高散熱效率；還有一種形式，風扇并不裝配在電池包箱體上，而是由其他冷卻形式的散熱器將熱量引出電池包，傳遞給電池包外部的風冷散熱器，再以風冷的形式將熱量散發到空氣中。

在電池箱體統一提出密封等級要求以后，最后一種利用風冷的形式會越來越多的被應用。

于是有必要討論一下，從電池包內引出到風冷散熱器的熱量，什么條件必須采用風冷？有資料給出了根據散熱器表面的熱流密度選擇風冷還是自然冷卻的數據依據：

對于通風條件好的場合，散熱器表面熱流密度小于0.024W/cm^2，可以選擇自然冷卻；大于這個值，則必須強迫風冷；當熱流密度大于0.078W/cm^2時，則風冷不能維持當前溫度，必須采取其他更高效的冷卻措施。

以上數據，不是在動力電池包上得出的數據，借鑒以后，還需要進一步驗證。

風冷散熱器選型

按照熱量被引出電池包以外，應用風冷散熱器這種類型討論選型。

整個熱的傳遞路徑：電芯生熱，傳遞給熱量收集器，通過熱管等高效熱傳遞形式傳遞給電池包外部散熱器。根據整個熱傳遞過程中允許的熱阻，選擇散熱器。每一個熱傳遞界面的熱阻均取最大值，電芯允許的最高溫度保留足夠余量。在滿足前面要求的前提下，計算最終外部風冷散熱器的最大熱阻。然后選擇熱阻值小于計算值的散熱器即可。

4風冷可以與哪些冷卻形式配合使用

水冷，水冷需要在電池包內部布置水冷散熱器及管路，熱量通過回水管路被傳遞到電池包以外。高溫冷卻液的降溫，可以采用多種形式，其中一種，就是利用蒸發器將熱量散發到空間中。風冷裝置，可以提高蒸發器的工作效率。

熱管，熱管是一種傳熱效率極高的溫控裝置，工作狀態下，一端作為冷凝段冷卻周邊環境，另一端作為蒸發段，將熱量散發到周邊環境中去。蒸發段，可以與風冷系統匹配工作。

相變材料，相變材料的一個特點是，在吸熱過程中存在一個恒溫階段，系統內配置相變材料，可以為電池最大限度的提供恒溫、均溫的工作環境。相變材料可以與水冷、風冷同時使用。