鋰離子電池冷卻方法及其應(yīng)用分析

鋰離子電池是通過化學(xué)反應(yīng)的方式提供能量的，所以這個(gè)過程會(huì)發(fā)生一定的熱量，而熱量如果持續(xù)增加而得不到有效的散熱，就會(huì)積累，反過來電化學(xué)物質(zhì)在高溫下活性更強(qiáng)，這樣不斷疊加之下，鋰離子電池發(fā)生自燃或爆炸事故也就不遠(yuǎn)了。

鋰離子電池結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在不同的方向上熱導(dǎo)率存在顯著的差異，在平行于極片的方向上的熱導(dǎo)率要顯著高于垂直于極片方向的熱導(dǎo)率，因此不同的散熱方式不僅在效率上存在顯著的區(qū)別，而且不適當(dāng)?shù)纳岱绞竭€會(huì)在鋰離子電池內(nèi)部產(chǎn)生嚴(yán)重的溫度梯度，影響電池內(nèi)部電流的分布，進(jìn)而導(dǎo)致電池內(nèi)部衰降的不一致，嚴(yán)重影響鋰離子電池的使用壽命。

對(duì)于鋰離子電池組的散熱控制方面主要有以下幾種方法：

(1) 利用耐高低溫的電池材料

包括電極、電解質(zhì)材料等，這是基于電池內(nèi)部材料的一種方法。電池發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)熱的部件主要是正負(fù)極、電解質(zhì)等，因此研究這些材料的性能并加以改進(jìn)來提高其溫度活性區(qū)間。

為了提高電極的導(dǎo)熱性能，在電極碳材料中添加了銅和鋁。通過提升電池材料的熱穩(wěn)定性，一般都會(huì)降低電池的容量，但電池的容量是電池的重要指標(biāo)，因此，通過改善電池材料的熱性能來提升電池整體的熱性能有一定的局限性。

(2)利用空氣為介質(zhì)

空氣散熱就是空氣掃過電池表面，將電池表面的熱量帶走。根據(jù)風(fēng)的成因，分為自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流，依靠車速自然而形成的風(fēng)為自然對(duì)流，利用風(fēng)扇風(fēng)機(jī)等強(qiáng)制產(chǎn)生的風(fēng)為強(qiáng)制對(duì)流，而通風(fēng)的方式又分為并行和串行。

人們基于空氣散熱，研究了并行散熱的效果，設(shè)計(jì)了電池組各種排列結(jié)構(gòu)，為了改善風(fēng)的散熱性能，設(shè)計(jì)改進(jìn)風(fēng)擋板，拓寬風(fēng)道，改善散熱效果。

(3)利用液體為介質(zhì)

液體冷卻效果強(qiáng)于空氣冷卻，但結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，因?yàn)楹芏嘁后w不能與電池直接接觸，需要將液體包裹起來，在電池間布置管道，設(shè)置夾套等;而能與電池直接接觸的液體，一般其流動(dòng)性能差，傳熱效果不太理想。

熱管技術(shù)也可稱為液體散熱的一種，它是依靠管內(nèi)的介質(zhì)發(fā)生相變時(shí)會(huì)伴隨著吸熱與放熱現(xiàn)象，該相變主要是液體與氣體之間的變化，是一種高效換熱元件，在電池?zé)峁芾砩系膽?yīng)用也越來越得到關(guān)注。

(4)利用相變材料為介質(zhì)

相變材料高效可行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也不需要消耗額外能量，但其導(dǎo)熱系數(shù)低，會(huì)使得與高低溫電池接觸的地方，相變材料的溶解狀態(tài)差別很大，從而降低散熱性能。應(yīng)用相變材料進(jìn)行電池?zé)峁芾硎俏磥淼闹饕l(fā)展方向。

暢能達(dá)研發(fā)了熱導(dǎo)率10000W/m?K以上的相變熱控器件，憑借熱阻較低、導(dǎo)熱速率快、傳熱能力大、適應(yīng)性良好等優(yōu)點(diǎn)，能做到熱管理系統(tǒng)控制效果的整體提升。

以永磁同步電機(jī)的應(yīng)用為例，該類型電機(jī)端部繞組的局部溫度較高，針對(duì)該問題我們?cè)O(shè)計(jì)相匹配的熱管或者折彎異型均熱板，增加散熱路徑，避免熱量堆積，控制溫差。

審核編輯 黃宇