锂离子电池散热技术研究进展

刘泽慧,高迎慧,孙鹞鸿,3,严 萍

( 1. 中国科学院电工研究所,北京 100190; 2. 中国科学院大学,北京 100049;3. 中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室,北京 100190 )

锂离子电池在使用过程中会受到温度的影响。 低温条件下,电池的电性能差,放出的比容量较低;高温条件下,电池的电性能好,但副反应增多,因此循环寿命缩短;单体电池表面温度不均,会导致电池表面出现应力,使电池发生不可逆的破坏,降低模组的电性能[1]。 此外,过充电、过放电或短路等不当使用,会使锂离子电池温升过快,电池内部发生一系列副反应,最终可能导致热失控,出现冒烟、起火甚至爆炸现象,危害使用者的人身安全[2]。

良好的散热技术是锂离子电池能够安全高效应用的必要保障。 随着锂离子电池行业的发展,除常用的风冷、液冷、相变冷却及三种冷却方式组合的复合冷却方式外,还衍生出了其他一些冷却形式,如微流体冷却、液气相变冷却和喷雾冷却等,以适应人们对散热技术更高的要求。 本文作者介绍常用的产热模型,分析电池散热技术的发展现状,对比不同技术的优缺点,对锂离子电池散热技术的应用进行展望。

1 产热模型

散热技术的选取是由产热决定的,因此电池散热技术的首要问题是预估电池产生的热量。 产热估计方法主要包含基于能量平衡、基于电化学反应和基于量热法等3 种方式。

1.1 基于能量平衡的产热估计

锂离子电池在充放电过程中,因内部发生化学反应,放出大量热,通过与热沉之间的相互作用将热量耗散,使电池的温度维持在工作温度范围内。……