基于临界换热系数与干预时间的车用锂电池热设计及运行策略

许国良，张玉洁，黄晓明，何 锐

（1华中科技大学能源与动力工程学院，湖北武汉 430074；2中广核工程有限公司，广东深圳 518000）

锂电池的理想工作温度为20～40 ℃[1-3]，温度过高会引起电池容量衰减，甚至会引发过热、起火、爆炸等一系列危险[4]，所以需要设计更为先进、合理的热管理系统来防止电池发生非预期的升温。

目前，热管理常用技术是气冷、液冷、相变材料、热管等。研究者从不同角度综述了电池热管理的技术[5-8]。关于极端工况下的电池热管理，研究者们也开展了很多工作。Wang 等[9]利用改良的复合相变材料来冷却高放电倍率时的电池组。但当放电倍率高至5 C，电池组内最高温度超出安全范围(55 ℃以下)。Lai 等[10]开发了具有3 个弯曲接触面的液冷结构来冷却5 C 放电的电池组，发现最高温度可控制在313 K 内，但系统重量会大大增加。Dan等[11]针对大倍率放电工况建立微型热管和强制对流耦合的复杂系统，发现能显著降低最高温度。可见，采用高热传导能力的复杂散热系统是目前应对极端工况下电池快速生热问题的主要手段。然而，根据Li 等[12]研究发现，当车辆增重10%，能源消耗增加3.3%～8%。因此，车用锂电池热管理系统设计要同时兼顾电池运行安全性和能耗经济性，是一项极具挑战性的工作。并且，若不与实际工况相结合，即使设计良好的热管理系统，也可能无法应对非预期升温风险。

在电池热失控领域，电池生热量和散热量匹配的热管理理念具有重要意义。Peng 等[13]对不同放热条件的电池进行烤炉实验，发现散热系数较低时，烤箱处于190 ℃即会引起强烈的放热反应。……