鋰離子電池產(chǎn)熱特性和散熱管理的研究.pdf

1、鋰離子電池因其自身的優(yōu)點(diǎn)在電子產(chǎn)品、電動汽車中廣泛應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用中，電池的工作溫度不僅影響電池的安全性，而且嚴(yán)重影響電池的壽命、老化、能量的利用率等性能。為了對電池進(jìn)行有效的熱管理，本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)測試、仿真模擬、解析計算來研究電池的產(chǎn)熱分布和散熱管理。主要內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　1、產(chǎn)熱分析
　　以錳酸鋰電池為依據(jù)，使用COMSOL軟件建立一維電芯模型，計算電芯的產(chǎn)熱率。單獨(dú)計算極耳和集流體的產(chǎn)熱率，在計算集流體上的產(chǎn)熱分布時

2、，建立一種新的解析方法計算集流體上不同位置的產(chǎn)熱率，并將集流體、極耳和電芯這三部分的產(chǎn)熱導(dǎo)入到熱模型中，計算電池的溫度分布。并通過實(shí)驗(yàn)測試對比，驗(yàn)證了模型的可靠性，同時說明，使用此解析方法計算集流體的產(chǎn)熱是合理準(zhǔn)確的。
　　在此模型基礎(chǔ)上，分析電芯的正極、負(fù)極和電解質(zhì)不同位置的產(chǎn)熱率大小，結(jié)果表明，負(fù)極的產(chǎn)熱率大于正極，而且產(chǎn)熱率最高的地方在負(fù)極和電解質(zhì)的接觸面上。說明在鋰電制備和電池老化監(jiān)測中，需要特別注意負(fù)極和電解質(zhì)的界面。此

3、外，本文還分析了不同放電倍率時，可逆反應(yīng)熱和不可逆歐姆熱對電芯單元總產(chǎn)熱的影響。結(jié)果表明，小倍率放電時，可逆熱占總產(chǎn)熱的比例大于歐姆熱，而隨著放電倍率的增加，可逆熱和歐姆熱都迅速增大，但是歐姆熱的增加幅度大于可逆熱，最終導(dǎo)致歐姆熱在總產(chǎn)熱的比例超過可逆熱。
　　2、散熱管理
　　電池的散熱管理方面分為兩部分，第一部分是從電池本身結(jié)構(gòu)出發(fā)，研究極耳的位置、尺寸以及電池的長寬厚對電池溫度的影響，六種極耳配置結(jié)果表明，極耳放置在電

4、池相對的兩條長邊中點(diǎn)，最有利于降低電池的局部溫差，但不利于降低最高溫度；將兩個極耳往邊緣移動，可以有效降低最高溫度。極耳越寬，越有利于降低電池的最高溫度。
　　通過增大長寬厚對原電池容量進(jìn)行擴(kuò)容，以此研究電池長寬厚度對電池溫度的影響。結(jié)果表明，保持厚度不變，增大電池長寬面積擴(kuò)容的方法，可以有效降低電池的最高溫度，但是會增大局部溫差；而保持電池面積不變，增加厚度來擴(kuò)容時，可以有效降低電池的溫差，但是增大了電池的平均溫度。當(dāng)兼顧電池的

5、長度、寬度、厚度來擴(kuò)容時，既可以降低電池的最高溫度，又可以減小電池的溫差。
　　第二部分散熱管理是借助外界的冷卻方式來對電池進(jìn)行散熱處理。對擴(kuò)容后的大面積錳酸鋰單體電池以及由此并聯(lián)組成的電池包分別進(jìn)行空氣冷卻、相變冷卻以及二者的結(jié)合冷卻。結(jié)果表明：（1）風(fēng)冷散熱中，加大換熱系數(shù)，可以有效降低電池的平均溫度，但是對減小電池的局部溫差，效果不明顯，如果散熱通道數(shù)量比較少，則會增大電池的局部溫差。（2）相變散熱也可以降低電池的平均溫度和