影响浸没式电池冷却性能的因素主要包括浸没液工况、电池模组排布方式以及浸没式冷却系统的寄生功率等。本节将对有关浸没式电池冷却性能的研究进行介绍，旨在确定系统的最佳工作条件，提高浸没式电池冷却系统的性能。
1、浸没比对冷却效率的影响
浸没比是指电池在浸没液中的淹没深度与电池高度之间的比例。浸没比越大，电池的冷却效率一般会随之提高。
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WangHaitao等在放电倍率为2C，环境温度为25℃条件下，研究了使用10号变压器油浸没冷却的132mm软包电池浸没比对电池模块最高温度和温差的影响。研究表明，增加电池浸没比可显著提高冷却效率，完全浸没为最佳工作条件。但当浸没比增至一定程度时，过度浸没可能会带来不必要的附加成本和复杂度，以及增加电池外壳的材料强度来支撑浸没的深度。
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LiuJiahao等通过矿物油浸没冷却圆柱形电池的实验研究发现，静态浸没液的冷却效率低于动态浸没液。当浸没液流量较小时，对应的Re较小，可认为是层流。在此条件下，电池与浸没液的温差所引起的自然对流换热与强制对流换热共同存在，一般以自然对流换热为主，如图6所示。
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WangYanfeng等通过两相浸没液浸没冷却圆柱形电池的实验研究发现，液相强制对流换热在降低电池温升方面起主导作用，且浸没液流量越大，强制对流换热的主导作用越大。但液相强制对流换热在一定程度上抑制了电池壁沸腾，破坏了电池单元间的温度一致性。
综上所述，强制对流换热有利于降低电池模块的温升，但不利于电池单元间的温度保持一致，因此在实际应用中需考虑强制对流换热与自然对流换热的占比问题。
2、浸没液流量对冷却效率的影响
M.S.Patil等对矿物油冷却软包电池组进行了数值模拟，研究了浸没液不同流量条件下单个软包电池平面上的温度分布。结果表明，使用矿物油冷却软包电池可使软包电池平面上的温差始终保持在1.0℃内。但当浸没液流量由1L/min升至10L/min后，浸没液流量增加10倍，但电池的最高温度仅下降6.7%。
由此可知，浸没液流量的提高对电池热性能的改善非常有限，较低的浸没液流量也会表现出与较高的浸没液流量相似的影响。
LiuJiahao等通过矿物油浸没冷却圆柱形电池的实验研究发现，随着浸没液流量增加，增加流量对冷却效率的改善效果逐渐减弱。研究推断浸没式冷却系统可能存在冷却极限，即当流量达到一定水平时，再度增加流量并不能提高冷却效率，反而会增加泵的功耗。
随着浸没液流量的增加，电池单元间的温差逐渐增大，当浸没液流量为10mL/min以内时，电池单元间的最大温差可维持在2℃以内，当浸没液流量达到20L/min时，电池单元间的最大温差为4.7℃。
由此可知，浸没液流量越大，浸没液与电池表面的温差越小，换热量越少，表现为电池的温降幅度存在边际效应，加剧了电池单元间的温度不均匀性。
3、浸没液流动方向对冷却效率的影响
郭豪文通过浸没式电池冷却的数值模拟研究发现，电池包内的电池单元温度沿浸没液流动方向逐渐升高，温度最低的电池单元位于浸没液入口处，温度最高的电池单元位于浸没液出口处。这是因为随着浸没液在电池单元间的流动，浸没液的温度逐渐升高，与电池单元的温差逐渐减小，与电池单元的换热量也随之减少。
S.M.H.Moghaddam通过研究发现，在浸没式电池冷却系统中，浸没液在出口附近产生了湍流，靠近浸没液出口处的电池单元和浸没液之间的换热量减少，靠近浸没液出口的电池单元相比其他电池单元拥有相对较高的温度。因此，可考虑通过增加附加管路的方式来改变浸没液的流动方向，控制浸没液在电池组间往复流动换热，从而使电池包内的电池温度更加趋于一致。
4、电池排布方式对冷却效率的影响
郭豪文通过参考散热器中不同管束的布置形式，对浸没式液体冷却电池包中的圆柱形电池设置了3种不同的排布，分别为叉排、顺排和同心圆排。
研究结果表明，3种电池排布下浸没液的进出口温差相差较小，仅在浸没液流量为0.2L/min时有明显差异，此时叉排的进出口温差高于同心圆排高于顺排。在相同的浸没液流量下，浸没液的进出口温差越高，说明依靠对流换热带走的热量越多，即电池在叉排布置下的换热效果好于同心圆排与顺排。
5、浸没式电池冷却系统的寄生功率
浸没式电池冷却系统的寄生功率是指在电池冷却过程中，由于不可避免的原因所造成的能量损失。该能量损失会导致电池温度升高，且可能对电池寿命和性能产生不利影响。
寄生功率来源浸没式电池冷却系统的寄生功率主要来源于如下方面：
1）浸没液温度梯度不均匀，温度梯度不均匀会导致电池表面和内部的温度分布不均匀，从而产生能量损失；
2）液体循环流量不足，流量不足会导致液体无法有效带走电池散热产生的热量，从而产生能量损失；
3）浸没液热容量不足，热容量不足无法承载电池散热产生的热量，从而导致电池温度上升，产生能量损失。
减少寄生功率的优化措施
S.Park等通过实验研究发现，由于液体的热性能更好，且浸没式电池冷却系统的热交换效率更高，浸没式电池冷却系统的寄生功率明显低于空气型电池冷却系统。为进一步减小寄生功率带来的能量损失，可采取如下措施：
1）优化液体流量和循环方式，确保液体能够充分地流过电池表面和内部，带走散热产生的热量；
2）选择高热容量液体以增加液体承载热量的能力，从而减少热量的积聚和能量损失；
3）优化液体的温度分布，确保液体温度均匀，从而减少电池整体温差。
为进一步提高电池性能，延长电池使用寿命，关于复合式电池热管理的研究逐年增多。
LiXinxi等设计了一种复合相变材料冷却和浸没式冷却相结合的方式对18650锂电池进行冷却，如图7所示。
该研究将环氧树脂密封胶、石蜡、膨胀石墨组成的复合相变材料包裹在电池外表面，该复合相变材料具有防水、不导电等特性，因此可将被复合材料包裹的锂电池浸没在水中。
在多次充放电循环后，使用此冷却方式的电池模块的最大温差仍维持在2℃以内，且与仅使用复合相变材料冷却的电池模块相比具有更佳的温度均匀特性。
由此可见，浸没式冷却方式可快速将复合相变材料吸收的热量传至水中，加速传热过程，有效缓和电池模组的局部过热。
M.S.Patil等将浸没式冷却与极耳冷却相结合对软包电池组进行冷却，如图8所示。该冷却方式与使用水/乙烯间接冷却方式相比，电池组最高温度下降约9.3%，在抑制电池热失控方面也表现出优良的特性。
由此可知，浸没式冷却与极耳冷却相结合的冷却方式是一种高效、安全的电池热管理技术，适用于新一代高比能、高容量、大尺寸锂离子电池。
电池热失控是影响电池热安全性的最大问题，本节将对电池热失控产生的原因及危害、浸没式电池冷却技术中的热失控进行介绍。
1、电池热失控产生的原因及危害
电池热失控是指电池在运行或储存期间因过度充放电或储存不当等产生过多热量超出其设计或安全限制而失控的情况。
主要原因如下：
1）过度充放电可能导致电池内部的化学反应失控；
2）电池因设计问题或外界环境问题导致内部结构损坏；
3）电池制造过程中出现缺陷，如内部有金属异物等；
4）电池在使用之前长时间暴露在不当的环境条件下，未得到适当维护。电池热失控是一种非常危险的现象，可能带来诸如电池爆炸、火灾、有毒气体和化学物质的泄露等诸多危害。
2、基于浸没式电池冷却的热失控研究
过度充电的电池一般会释放更多的热量从而导致电池热失控。在浸没式电池冷却系统中，浸没液能吸收电池产生的大量热量，且能较好地维持电池表面温度的一致性。
ZhouHaikou等在电池过度充电条件下使用氢氟醚对电池进行浸没式冷却，研究发现过度充电的电池单元发生热失控后表面温度保持在185℃以下，且仅在60℃以上持续约14s，未见起火和爆炸，在此期间，相邻的电池单元未观察到热失控。与之形成鲜明对比的是，未使用氢氟醚进行浸没式冷却的电池单元在过度充电发生热失控后完全燃烧成灰，如图9所示。
矿物油、硅油、酯类等介电流体在变压器散热中的热安全性已被证明。李雨泽采用变压器油和水-乙二醇阻燃液压油作为浸没液浸没3种不同电极材料的圆柱形锂电池，结果表明，3种不同电极材料的锂电池与浸没液所接触部分的温度相比在大气环境中热失控时的电池温度有显著降低，且产生的一氧化碳量也显著降低。
由此可见，浸没式电池冷却能够有效降低锂电池热失控灾害和抑制有毒易燃气体产生，可有效规避二次灾害。
在使用氢氟醚作为浸没液的浸没式电池冷却系统中，由于蒸发吸热，浸没液能够吸收大量热量,有效抑制电池热失控。当浸没液发生相变形成绝缘层气体覆盖在电池表面后，系统的冷却效率将会大幅降低，因此应尽量避免氢氟醚由成核沸腾过渡到膜沸腾。
当热失控发生时，电池会破裂，可燃气体会从破裂的电池中排出与氧气混合导致电池起火，硅油和氢氟醚等浸没液可溶解该易燃气体，并在燃料和可燃物之间制造障碍，阻止火灾的发生。
提高新能源汽车电池的环境效益和经济效益对加速其广泛使用起到至关重要的作用。本节将对浸没式电池冷却的可持续性以及市场应用现状进行介绍，旨在证明浸没式电池冷却的实用性。
1、浸没式电池冷却的可持续性
全生命周期成本（lifecyclecost，LCC）也称为全寿命周期费用。是指产品在有效使用期间所发生的与该产品有关的所有成本，包括产品设计成本、制造成本、采购成本、使用成本、维修保养成本、废弃处置成本等。
碳足迹（carbonfootprint，CF）是指企业机构、活动、产品或个人通过交通运输、食品生产和消费以及各类生产过程等引起的温室气体排放的集合。通过有效的电池热管理系统可显著降低新能源汽车电池LCC和CF。
L.Lander等在考虑电池、车辆、电力系统和后期维修的成本和影响后建立了LCC模型和CF模型，以量化使用不同电池热管理系统的新能源汽车整个生命周期的成本和碳足迹，如图10所示。
研究发现，使用空气冷却系统的电池循环寿命最短，使用浸没式电池冷却系统的电池循环寿命最长，可增加约40%。空气冷却系统因无需浸没液和冷却板系统，因此成本较低。
但由图10可知，LCC模型中空气冷却系统的LCC值相比浸没式电池冷却系统高27%，这是因为随着使用周期的增加，前期电池成本和车辆成本的影响越来越小，后期电力成本和维护成本越来越重要。
由于浸没式电池冷却系统的电池循环寿命增加，系统CF相比空气冷却系统下降约25%。由此可见，浸没式电池冷却技术相比于其他几种电池热管理技术不仅在冷却效率上表现优异，在经济性和环保性上也略胜一筹。
2、浸没式电池冷却技术的市场应用现状
浸没式电池冷却在电动汽车电池热管理领域已被广泛应用。英国车企迈凯伦的“Speedtail”是全球首款采用浸没式电池冷却技术的系列车，车的电池被永久浸泡在一种轻量级的介电浸没液中，从而使电池在最佳状态下工作更长时间。
迈凯伦方面表示，Speedtail可产生约775.4kW的总输出，电池组提供的功率密度为5.2kW/kg。戴姆勒北美卡车公司为旗下产品“SuperTruckII”开发了一种由8个钛酸锂氧化物模块组成的48V电池组用以供暖、通风、空调以及道路行驶等。
该电池浸没在Novec7500介电浸没液中且与暖通空调系统相结合，车舱内的空调空气与浸没液流体协同冷却电池，从而提高电池的工作性能，延长电池的使用寿命，提高暖通空调系统效率。
意大利车企图腾汽车在将经典阿尔法罗密欧GTV改造为高性能纯电动汽车后宣称，该电动汽车电池采用浸没式冷却技术，为此经典产品提供了更优的性能。还有一些专利技术也得到了研究，但尚未投入使用。
综合已有研究以及浸没式电池冷却技术的局限性，为使其能被更多应用于新能源汽车中，未来的重点研究方向应主要为如下方面：
1）新型浸没液：传统的电池浸没液具有腐蚀性和不良的热性能，研究新型电池浸没液（如高导热的液态金属）以提高浸没式电池冷却系统的散热性能和稳定性。
2）冷却系统的设计与优化：浸没式电池冷却系统需考虑液体循环、降温、压力平衡、泡沫控制等问题，因此需对系统进行设计和优化，以提高可靠性和高效性。
3）热电耦合效应的影响：电池浸没液导热性能较好，因此热电耦合效应对浸没式电池冷却的影响十分重要。对热电耦合效应的研究可为浸没式电池冷却系统的优化和故障诊断提供理论依据。
4）温度控制与管理：浸没式电池冷却技术的热均衡性好，因此温度控制和管理较困难。如何在保持热平衡的同时实现温度调节和保护是浸没式电池冷却的重要研究方向。
5）安全性与可靠性：浸没式电池冷却需使用液体介质，因此要进行安全隔离和泄漏控制等工作，以避免液体泄漏、热失控和爆炸等安全问题。综上所述，浸没式电池冷却的研究方向较为广泛，未来还需从多个方面进行研究和探索，以实现其在新能源汽车或航空航天等领域的更广泛应用。
参考资料：《新能源汽车浸没式锂离子电池冷却技术研究进展》 作者：李哲，张华，盛雷
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原文始发于微信公众号（艾邦储能与充电）：浸没式冷却效能及市场应用展望