溫度對于鋰離子電池而言非常重要，低溫會導(dǎo)致鋰離子電池的電性能降低（容量、倍率性能），但是能夠提高鋰離子電池的存儲壽命，高溫能夠提升電性能（容量、倍率性能），但是會降低電極／電解液界面的穩(wěn)定性，引起循環(huán)壽命的快速衰降。對于一個由眾多電池組成的電池組而言，電池組內(nèi)部的溫度不均勻分布會導(dǎo)致單體電池的性能產(chǎn)生很大的差異，從而導(dǎo)致單體電池之間不均勻的衰降，最終導(dǎo)致電池組的失效，例如北京大學(xué)的QuanXia等人采用A123的LFP電池進(jìn)行電池組的模擬和仿真試驗發(fā)現(xiàn)，通過改變電池組的結(jié)構(gòu)，將電池組內(nèi)的最大溫差從4.62K降低到2.5K能夠?qū)㈦姵亟M累計充電600Ah后的可靠性從0.0635提高到0.9328（詳見鏈接：《電池組“可靠性”的影響因素和模型計算》）。

鋰離子電池的使用工況對于離子電池的產(chǎn)熱具有很大的影響，例如高倍率充放電會在電池內(nèi)短時間累積更多的熱量，而小倍率下則幾乎能夠?qū)崿F(xiàn)熱平衡，減少電池的溫升。近日江蘇大學(xué)的徐曉明（第一作者，通訊作者）等人對55Ah單體電池和電池組的產(chǎn)熱功率和溫度分布情況進(jìn)行了研究分析，研究表明單體電池的發(fā)熱功率會隨著環(huán)境溫度的升高、電池SoC和充放電倍率的降低而降低，對電池組的熱分析發(fā)現(xiàn)溫度最高的區(qū)域集中在電池組中央?yún)^(qū)域，并且發(fā)現(xiàn)采用空氣散熱時氣流更容易從電池組的上方流過，因此導(dǎo)致冷卻效果不佳。

試驗中作者采用了55Ah的方形鋰離子電池，電池共有5個測溫點，其中兩個位于電池的低部、三個位于鋰離子電池的側(cè)面，如下圖a所示。電池的產(chǎn)熱可以通過溫升和電池的比熱容來計算（如下式所示），其中Q為電池產(chǎn)熱量，Cp為電池的比熱容，m為電池的質(zhì)量，DT為電池的溫升，如果進(jìn)一步將下式除以時間t，我們能夠得到電池的產(chǎn)熱功率。

為了保證環(huán)境溫度的一致，作者采用恒溫箱進(jìn)行精確控溫，電池的充放電設(shè)備采用了DigatronBTS-600設(shè)備，采用安捷倫的34970A設(shè)備采集電池的溫度信息。

上述的電池在環(huán)境溫度為27℃時，電池在1C倍率充電和放電過程中溫度變化曲線如下圖所示，從圖中能夠看到無論是在充電，還是在放電的過程中電池的幾個不同的采溫點的溫度曲線幾乎時一致的，這也表明在這個倍率下鋰離子電池內(nèi)部溫度分布是比較均勻的，因此在計算發(fā)熱量時可以通過幾個測溫點的平均溫升進(jìn)行計算。

1.環(huán)境溫度的影響

下圖為55Ah電池在環(huán)境溫度為20℃、27℃和40℃時，1C充放電過程中的電池溫升曲線（5個采樣點的平均溫度），從圖中我們能夠看到在20℃下電池充電時間為74min，放電時間為59min，在27℃下電池的充電時間為76min，放電時間為60min，在40℃下電池的充電時間為79min，放電時間為62min。下表總結(jié)了電池在不同的環(huán)境溫度下，充放電過程中電池的溫度和溫升，表2則根據(jù)表1中的溫升數(shù)據(jù)計算了電池在不同環(huán)境溫度下充電和放電過程中的發(fā)熱功率數(shù)據(jù)，從表2中我們發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池的發(fā)熱功率隨著溫度的升高出現(xiàn)了明顯的降低，例如在20℃下電池的平均發(fā)熱功率為6.51W，而在27℃下電池的發(fā)熱功率則下降到了5.36W，進(jìn)一步提高環(huán)境溫度到40℃，電池的平均發(fā)熱功率則降低到了4.66W。

2.SoC的影響

SoC也是一個非常重要的參數(shù)，SoC即電池的荷電狀態(tài)，100%即為滿電，0%即為空電，不同的SoC表征正負(fù)極不同的Li濃度分布，因此SoC也會對鋰離子電池的發(fā)熱功率產(chǎn)生影響。下表3和表4分別總結(jié)了鋰離子電池在70%、80%、90%和100%SoC狀態(tài)下，電池的最終溫度和溫升、電池的產(chǎn)熱功率等數(shù)據(jù)。從表4中能夠看到在70%SoC下，電池的平均發(fā)熱功率為6.25W，80%SoC時為6.87W，90%時為7.19W，除了100%SoC外，電池的發(fā)熱功率隨著電池SoC狀態(tài)的提高而提高。

3.充放電倍率的影響

充放電倍率表征鋰離子電池的充放電電流的大小，因此充放電倍率對鋰離子電池產(chǎn)熱功率必然具有非常顯著的影響，下表5總結(jié)了在環(huán)境溫度為20℃，不同充放電倍率下鋰離子電池的最終溫度和溫升，表6則通過溫升數(shù)據(jù)計算了不同倍率下鋰離子電池的發(fā)熱功率。從表6中能夠看到鋰離子電池的產(chǎn)熱功率受到充放電倍率的影響非常大，在0.5C倍率下，平均產(chǎn)熱功率僅為2.31W，充放電倍率提高到0.8C時，平均產(chǎn)熱功率已經(jīng)提高到5W，提高到1.5C則達(dá)到了12.83W，進(jìn)一步提高到5C，平均產(chǎn)熱功率達(dá)到了58.51W。

在上述實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，徐曉明又利用模型對鋰離子電池在充放電過程中的溫度變化進(jìn)行了模擬，結(jié)果如下圖所示，從圖中能夠看到徐曉明采用的模型很好的反應(yīng)了鋰離子電池在反應(yīng)中的產(chǎn)熱過程，在充電過程中擬合結(jié)果僅僅比試驗數(shù)據(jù)高1.17℃，在放電的過程中擬合結(jié)果比試驗結(jié)果高1.1℃。

4.電池組在不同工況下的溫升和溫差

在上述單體電池產(chǎn)熱模型的基礎(chǔ)上，徐曉明利用SOLIDWORKS軟件建立了電池組的模型，模擬電池組在不同的使用情況下的產(chǎn)熱情況和電池組內(nèi)的溫度分布。

下圖為電池組在連續(xù)加速狀態(tài)（0.6C放電10min，0.8C放電5min，1C放電2min）下電池溫度變化曲線，從測試結(jié)果可以看到在測試結(jié)束時電池組的最大溫升為3.99℃，而電池組內(nèi)的最大溫差為2.11℃，要低于最大溫升。此外擬合發(fā)現(xiàn)，雖然采用了強(qiáng)制風(fēng)冷進(jìn)行散熱，但是大部分氣流會從電池的上部流過，僅有少量的氣體從電池組內(nèi)部的穿過，影響了電池組的散熱效果。

下圖為電動汽車在連續(xù)減速過程中，電池組溫度變化情況，在減速過程中電池組的放電電流會從2C分步下降到0.5C，從圖中能夠看到，雖然隨著電流的持續(xù)降低，鋰離子電池的產(chǎn)熱速率顯著下降，但是由于冷卻效果不佳，因此無法及時將電池內(nèi)部的熱量帶走，電池的溫度仍然呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢，在減速末期，電池組的最大溫升達(dá)到5.22℃，電池組內(nèi)最大溫差大到3.73℃，這表明雖然在減速過程中放電電流在不斷降低，電池組的散熱系統(tǒng)仍然要持續(xù)工作，直到電池組的溫度回復(fù)常溫。

脈沖放電也是電動汽車在使用過程中常見的情況，徐曉明也對電池組在脈沖情況下的溫度變化進(jìn)行了研究，從測試結(jié)果來看電池組的最大溫升達(dá)到5.27℃，電池組內(nèi)的最大溫差為2.88℃。

徐曉明教授的測試結(jié)果表明充放電倍率對鋰離子電池的產(chǎn)熱功率的影響最大，倍率越大產(chǎn)熱功率越大，其次是環(huán)境溫度，環(huán)境溫度越高則產(chǎn)熱速率越小，影響最小的為電池的SoC，在70%-90%SoC范圍內(nèi)，SoC越高則產(chǎn)熱功率越大。在電池組的溫度研究中發(fā)現(xiàn)無論是在連續(xù)加速、連續(xù)減速和脈沖放電模式下，電池組都會產(chǎn)生明顯的溫升，并且最高溫升集中在電池組的中央位置，強(qiáng)制風(fēng)冷散熱產(chǎn)生的氣流大部分從電池組的上方流過，導(dǎo)致散熱效果不佳。