新能源电动汽车在行驶过程中能够真正实现零排放，是绿色环保的交通工具，已成为我国发展新能源汽车的重要方向[1]。

新能源电动汽车的动力电池作为电动汽车核心部件之一，其性能直接影响电动汽车的行驶里程。锂离子电池因其比能量高、循环寿命长、自放电率低和绿色无污染等优点[2]，成为新能源电动汽车的首选动力来源。然而，锂离子电池在低温环境下使用，能量和功率衰减严重。新能源电动汽车“过冬”时，往往采取电加热电池组方式[3-9]来维持适宜温度，使电池组可以正常工作。但给电池组加热时使用的是自身存储的电能，当耗掉一部分电能后，会缩短电动汽车的续航里程。为了节能，冬季给电池包“穿衣”已成为必然趋势。通过给电池包包覆保温材料的方式，能够有效地将低温环境下电池使用时生成的热量储存起来，这样，不用电加热或短时加热就能使电池维持在合适的温度区间，提高电动汽车动力电池的性能和使用寿命[10-12]。

针对某款动力电池包，首先分析了其在低温下的“痛点”和散热路径，在不降低模型精度基础上，进行了内部保温和外部保温仿真设计和分析。

01保温工况下电池包低温“痛点”分析

新能源电动汽车的低温“痛点”是指靠近端板位置的电芯由于受到端板传热的影响，温度较其他位置电芯要低，是重点保温部位。图2为保温工况下电池包温度分布云图。仿真结果显示，保温工况下电池包的低温“痛点”主要集中在靠近端板的位置，靠近端板位置的电芯温度最低，这也是造成电池包整体温差较大的主要原因。[13]

图2保温工况下电池包温度分布

图3为靠近端板位置的电芯散热路径示意图，传热(散热)

有三条路径：

(1) 热量通过电芯大面传递给端板，其中一部分通过端板传递给电池箱体，另一部分通过端板传递给冷板，然后通过冷板传递给电池箱体，两部分热量均通过电池箱体散失到环境中；

(2) 热量通过电芯底面传递给冷板，其中一部分通过冷板传递给电池箱体，另一部分通过冷板传递给端板，然后通过端板传递给电池箱体，两部分热量均通过电池箱体散失到环境中；

(3) 热量通过箱内环境传递给上下箱体，然后通过上下箱体散失到环境中。[13]

图3靠近端板位置的电芯散热路径示意图

02保温材料的选取要求

国家标准规定，将导热系数不大于0.12W/(m·K)的材料称为保温材料，而把导热系数小于0.05W/(m·K)的材料称为高效保温材料。保温材料有隔热棉、气凝胶毡及真空隔热板等，衡量一种保温材料的好坏，并不能单独考虑某一项指标，而应该考虑其综合性能。[13]

选取依据

保温材料选取的依据主要如下：

(1) 选材：一般以有机材料为主，优选工程材料；

(2) 导热系数：对于保温材料来说，导热系数是评判保温效果的关键因素，导热系数越小，保温性能越好，相应的成本也就越高；

(3) 吸水率：吸水率是衡量保温材料稳定性的一项重要指标 ，水 对 导 热 系 数 的 影 响 很 大 ，液 态 水 的 导 热 系 数 为0.58 W/(m ·K)，一旦保温材料含了水，导热系数急剧增大，将严重影响保温效果；

(4) 阻燃性：保温材料的选取应满足阻燃等级的要求。

动力电池系统中保温材料按安装位置来命名，可分为三大类：模组与箱体间的隔热材料、电芯间的隔热材料，以及箱体与空气间的隔热材料。表1为常见的保温材料导热系数表。[13]

03动力电池包内部保温设计

对电池包内部所做的保温主要考虑两条路径：(1)端板与靠近端板的电芯之间；(2)端板与下箱体之间。

电池包内使用的保温隔热材料除了导热系数低之外，还需具备阻燃、绝缘、柔软杠高温和质量轻等特点。

德耐隆改性耐火保温隔热毡复合材料作为电池包的保温层，其形状可根据实际需求进行裁剪加工，由于电池包内模组表面形状不规整，周边布置有高压铜排和低压线束，因此将保温层仿形粘贴在下箱体和上壳体内壁。

新能源汽车的电池包在低温工况下的加入保温层设计，采用德耐隆改性耐火保温隔热毡复合材料作为电池包内的保温材料，通过温度试验测试，在-25℃的低温工况下，装有保温层的电池包在降温速度上明显比没有使用保温材料的要相对减小，对于这个保温设计方法在电池包内具有较强的适用性， 能够提高动力电池在低温环境地区的使用性能。

德耐隆Telite?产品由二氧化硅及陶瓷纤维毡复合制备而成，产品内部具有纳米级空隙可以减慢热传导，同时通过阻挡三种热传导方式（对流，传导和辐射）来完成耐热保温。由于其导热系数低（不高于0.02W/m.k），穿选材料的热量不断弱化，材料低吸热性能保持低热量幅射输出水平，从而确保降低热量损耗（或侵入）。

外部升温导致锂离子电池内部温度不稳定，进一步提升内部短路并损坏附近任何组件的风险。这仅发生在无内部支撑的锂离子电池身上。而内部有铜质支撑物的锂离子电池，加热超过250度，导致电池核心崩溃，进而让铜质支撑物融化，内部温度超过1000摄氏度，热量迅速向外扩散，从而造成热失控。

所以适当使用隔热阻燃材料的应用有助于提高电池内部的热稳定性。

为了响应相关部门提出的“双碳”战略需求和相关部门发布的《2022年汽车标准化工作要点》。广州市绿原环保材料有限公司打造新能源热防护体系新材料，创新性地推出了“二氧化硅及陶瓷纤维材料”，可承受的温度范围在-200°C至1200°C之间。

社会的发展和新能源政策的相继落实，这意味着，不久的将来，国内的新能源汽车（包括乘用车和商用车），或将安装动力电池热失控探测及灭火装置。

近年来关于锂离子电池引发火灾甚至爆炸事故的报道屡见不鲜。锂离子动力电池在不同的环境温度下表现出不同的特性。高温环境下，动力电池在大倍率充放电过程中会发生剧烈的化学反应，产生大量的热量，如果动力电池产生的热量无法及时疏解会在动力电池内部积累导致动力电池温度升高，严重时可能发生爆炸。

目前，市面上部分复合隔热材料的温度上限一般只有650℃，难以达到新能源汽车电池800℃以上的隔热要求。广州市绿原环保材料有限公司的研发团队经过不断地试验及调剂配方，开发出具备阻燃、绝缘、柔软杠高温和质量轻等特点的改性耐火保温隔热毡复合材料---德耐隆Telite?。

德耐隆Telite?改性耐火保温隔热毡复合材料由二氧化硅及陶瓷纤维毡复合制备而成，同时还具备低导热率、低密度、可压缩、可回弹、不掉粉、不掉渣的纯无机材料，承受的温度范围达到-200°C至1200°C，可根据客户的真实环境应用需求，提供节能保温、防火阻燃、隔音降噪等功能的综合解决方案。

由于其导热系数低（不高于0.02W/m.k），穿选材料的热量不断弱化，材料低吸热性能保持低热量幅射输出水平，从而确保降低热量损耗（或侵入）。所以德耐隆Telite?改性耐火保温隔热毡复合材料除应用于新能源汽车电池外，还可用于提高舰艇的动力装置热、声环境控制、隔热防护、减振降噪。同时，该材料广泛应用于石油管道、电子元件、航空航天等领域。

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[13]黄 伟，阎明瀚， 刘华俊， 徐宇虹， 江吉兵 等 锂离子动力电池包保温性能的优化设计 2021， 6 48-52 65

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