鋰離子電池散熱問題解析

鋰離子電池是通過化學反應的方式提供能量的，所以這個過程會發(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，就會積累，反過來電化學物質(zhì)在高溫下活性更強，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了。鋰離子電池結(jié)構(gòu)特點在不同的方向上熱導率存在顯著的差異，在平行于極片的方向上的熱導率要顯著高于垂直于極片方向的熱導率，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?shù)纳岱绞竭€會在鋰離子電池內(nèi)部產(chǎn)生嚴重的溫度梯度，影響電池內(nèi)部電流的分布，進而導致電池內(nèi)部衰降的不一致，嚴重影響鋰離子電池的使用壽命。

對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)生化學反應，產(chǎn)熱的部件主要是正負極、電解質(zhì)等，因此研究這些材料的性能并加以改進來提高其溫度活性區(qū)間。對于電極材料，關(guān)鍵是要提高其導熱系數(shù)，使電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量能及時散發(fā)出來，以免堆積在電池內(nèi)部而損壞電池。為了提高電極的導熱性能，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，一般都會降低電池的容量，但電池的容量是電池的重要指標，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)風的成因，分為自然對流和強制對流，依靠車速自然而形成的風為自然對流，利用風扇風機等強制產(chǎn)生的風為強制對流，而通風的方式又分為并行和串行。很多研究人員發(fā)現(xiàn)，并行散熱通風方式更好，但散熱效果還受流道寬度的影響，由于汽車空間有限，又考慮到成本的原因，空氣散熱應用最廣。人們基于空氣散熱，研究了并行散熱的效果，設計了電池組各種排列結(jié)構(gòu)，為了改善風的散熱性能，設計改進風擋板，拓寬風道，改善散熱效果?？諝馍岢杀镜?，結(jié)構(gòu)簡單，但是卻不是那么有效，當電池放電達到一定程度，外界環(huán)境又偏高的時候，即使增加風速，也不能使電池溫度繼續(xù)下降。

(3)利用液體為介質(zhì)

液體冷卻效果強于空氣冷卻，但結(jié)構(gòu)更復雜，因為很多液體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，設置夾套等;而能與電池直接接觸的液體，一般其流動性能差，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)生相變時會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，在電池熱管理上的應用也越來越得到關(guān)注。

(4)利用相變材料為介質(zhì)

相變材料在發(fā)生相變時，能吸收和釋放大量的熱量，而其本身的溫度變化卻不大，相變材料可直接與電池接觸，結(jié)構(gòu)簡單，這更加突出了其優(yōu)點。相變材料高效可行，結(jié)構(gòu)簡單，也不需要消耗額外能量，但其導熱系數(shù)低，會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。應用相變材料進行電池熱管理是未來的主要發(fā)展方向。