首席科学家吴凯：麒麟电池不将水冷板放在底部，而是插入电芯间，水冷效果极大加强，好处为：1）大幅提高安全性，水冷板附加隔热作用，可实现无热扩散；2）提升快充性能，电芯双面水冷，4C充电产品23年亮相；3）提升循环寿命，电芯加紧后寿命会短一半，也就是放松一点的话，循环寿命能长一倍，水冷板附加缓冲作用；4）提高比能量：水冷、隔热、缓冲功能三合一，空间得到大幅节省，磷酸铁锂可达160Wh/kg、290Wh/L，三元高镍可达到250Wh/kg，450Wh/L，比4680多装13%的电量。

根据宁德时代专利“箱体结构，电池及用电装置”，授权公开号：CN216648494U，我们可发现麒麟电池包的结构细节，其主要创新如下：

1. 方壳电芯采取背对背侧立方式排布于箱体内，而非原本直立方式，可放入更多单体电芯，更有利于快充，提高体积利用率；

2. 冷却板替代横纵梁，使支撑、冷却、隔热、缓冲功能四合一，有效提升空间利用率。新冷却板以加强体的方式插入电池排间，同时连接上盖和下箱体，起到传统横纵梁支撑保护作用；两排电芯共享一个冷却通道，相比一排电芯使用一个水冷板，减少冷却板数量，降低BOM成本，有轻量化的效果，更有利于快充时散热；立式冷却板打造横向相对隔离空间，纵向电芯间有膨胀补偿片+绝热气凝胶，有效隔热实现“零热失控”；冷却板采用内外两层冷却通道，可吸收电池充放电及老化时产生的膨胀，减少电池单体挤压，提升电池循环寿命；此外新水冷板转移至箱体内部，可避免因碰撞易出现破损而导致漏液风险。

3. 下箱体有定位/限位槽，用于冷却板的安装及电芯组的固定，该设计可提高电芯组安装稳定性，避免相互碰撞损坏，但仍需导热结构胶保证强度及优化散热。

根据宁德时代专利“水冷板组件、水冷系统、电池及其箱体以及用电装置”，申请公布号：CN114497826A，我们可发现麒麟冷却板结构细节，其主要创新如下：

水冷板具有内外两层冷却通道，采用口琴管方式，其中外层和内层冷却通道中的一者为液冷通道，另一者为非液冷通道（如外层液冷，内层风冷），非液冷通道由于不填充冷却液，通道壁可以适当朝内变形，吸收电池单体膨胀，避免电池单体挤压损坏。

通过调节环境温度和改变充放电电流来实现不同的工作条件，详细测试工况如表1所示。

对于高速行驶+快速充电工况下，电池包温度演变过程如图3所示。CTP内部温度最高的区域是单元上方的母线，对应于M4上的位置4-11（43.4°C），母线温度比电池的侧面温度高 3°C。BMS数据显示，温差范围为0°C至3°C，最高温度位于位置3 (42°C)，最低温度位于位置 6 (39°C)。热电偶采集最高温度比BMS采集记录的最高温度高3.4°C。CTP电池包内部温度在第一个循环结束时最高。最大升温速率为0.045°C/s，出现在第一个快速充电的开始。

图3  高速行驶+快速充电工况下电池包温度演变过程

全工况下的测试表明，低温区位于M1和M3模块，高温区在大电流条件下位于M4，在低电流条件下位于M2，如图4所示。根据温度测试结果，对BMS温度采集点进行了优化，结果如图5所示，优化后所采集的温度包含了各种工作条件下可能的高温区和低温区。

图4  CTP电池包温度分布

图5  CTP电池包BMS温度采集点优化

此外，还研究分析了环境温度、行驶速度、路况、充电电流和液冷等对电池包温度响应的影响，结果如图6-10所示。快速充电+高速行驶工况下环境温度对电池包温度响应的影响如图6所示，-30°C 快充（FC），CTP 顶部区域的温度为 37.1°C，温差T diff为 8.7°C；电池侧面温度在33℃～39.5℃之间，温差为6.5 ℃；40°C 快充（FC），CTP 顶部区域高温46.5°C，低温43°C，温差T diff为 3.5°C；侧温在37.2 和 41.2之间，温差为4℃；低温环境可能增加 CTP 中的温度不均匀性，这主要是由于低温环境导致电芯内阻增加；温升速率，40 °C (0.036 °C/s)略高于 -30 °C (0.031 °C/s) 。

40℃下不同行驶速度对电池包温度响应的影响如图7所示，150km/h的速度行驶10 min 时，CTP 内部的最高温度点达到 48 °C，模块间母线的温差T diff在 4 °C 以内，电池两侧面的温度差T diff在3°C以内，在测试开始时温升速率d T/ d t达到0.043°C/s。80 km/h匀速行驶10分钟时，CTP电池内部温度变化很小，上部母线温差T diff在1°C以内，侧面温差T diff小于2°C。

不同路况对电池包温度响应的影响如图8所示，6%斜坡上匀速行驶20分钟后，CTP 内部最高温度达到 49.5 ℃，最低温度为 44 ℃，温差T diff为 5.5 ℃，电池侧面温度介于37和41°C之间，温差T diff 为4°C，温升速率d T/ d t (最大值)为 0.05 °C/s。波动速度行驶，母线与侧面的温度变化趋势一致，介于 34 和 36 °C 之间，温差T diff为 2 °C，温升0.002 °C /s 。大功率驱动的CTP电池温度较高，模块M4的温度一致性稍差。

不同充电电流对电池包温度响应的影响如图9，1C充电时，M4单元温度最高为47.3℃，M1最低为42.1℃。温差T diff为 5.2 °C 。电池侧面温度在 40.7°C 和 43.2°C 之间，温差T diff 为2.5 °C。以/3C充电时，M2最高温度35°C，M1最低温度33°C，温差T diff为2°C。电池侧面的温度介于 33 和 35.1 °C 。1C 充电的 d T/ d t (max)远高于 1/3C 充电。

液冷对电池包温度响应的影响如图10所示，关闭液冷1C放电结束时，CTP电池内部温度达到最高点46.8℃。最高温度在 M4 的位置4-11，最低温度为 41.7 °C，位于 M1 的位置 4-5，温差T diff为5.1 °C ，电池侧面温度在41.2 和43.8 °C 之间。温升速率d T/ d t (max)为 0.042 °C/s。开启液冷后，母线最高温度由46.8℃降至45℃，最大温差由5.1℃降至3.6℃。侧面最大温差从2.6℃下降到1.4℃。

采用加速量热仪（ARC）测量电池的比热容和热导率，快速冷却经过加热的电池测量对流换热系数，结果列入表3中。将这些参数输入模型，先采用单体电池的热模型与测试电芯在1C充电下的温升对比验证模型有效性。

为了与模拟结果对比，再次对电池包布置热电偶测量不同工作条件下的温度。如图13所示。在 M1-M5上，每个模块上有 5 个温度传感器。例如，M1 上的温度传感器分别标记为 1-1、1-2、1-3、1-4 和 1-5。这里M1-M5编号与图1有差别，特别是M5模块在M4上面（图1中M4在M5上面）

对比电芯内部和表面的温度演变曲线，如图18所示。从这两个温度曲线看，热失控基本过程类似，但是内部最高温度比表面最高温度高487℃。

电芯内部四个卷芯之间放置三个热电偶，在防爆箱内在电池的一个侧面加热，观察电芯内部的热失控蔓延过程，实验过程如图19所示。实验结果如图20所示，其中1-2、2-3、3-4分别表示内部两个卷芯之间的温度，1F、1B、 1S分别表示挨着加热板的电池前面、背面和侧面的温度。V表示电压。从图中可见，整个电池内部的TR传播过程耗时11 s，#1卷芯到2#卷芯耗时6 秒，到3#卷芯4s，再到4#1卷芯s；TR传播的平均速度为6.9 mm/s。

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