1熱管理的目標(biāo)

鋰電池本身的工作特性對(duì)溫度非常敏感，想要獲得良好的性能發(fā)揮，維持較長(zhǎng)的使用壽命，防止熱失控事故的發(fā)生，將溫度保持在鋰電池的理想工作范圍內(nèi)非常必要。

電池包老化的主要原因是，電池原始特性差異的繼續(xù)分化。因此，保持電芯工作溫度的一致性，是對(duì)熱管理系統(tǒng)的另外一個(gè)要求。

對(duì)電芯熱特性模型的研究，除了在后續(xù)的熱管理系統(tǒng)中，提供冷卻裝置設(shè)計(jì)依據(jù)以外，也幫助電芯從設(shè)計(jì)開(kāi)始，從源頭優(yōu)化熱結(jié)構(gòu)，避免溫度積累和局部過(guò)熱。

2鋰電池風(fēng)冷系統(tǒng)案例

侯大鵬等在其論文《車載鋰離子電池組的熱管理模擬》中，實(shí)驗(yàn)和模擬了方形電池組自然冷卻和風(fēng)冷的情形。

單體模型的建立

單體生熱模型采用簡(jiǎn)化的Bernadi模型。根據(jù)Newman的電池生熱理論，電池反應(yīng)過(guò)程中發(fā)熱，包含四個(gè)部分，反應(yīng)熱、極化熱、歐姆內(nèi)阻熱和副反應(yīng)熱。而B(niǎo)ernadi模型，根據(jù)20-50℃階段，反應(yīng)熱只占總內(nèi)阻熱量的1%，認(rèn)為可以忽略不計(jì)。于是，電池的反應(yīng)熱主要的來(lái)自于歐姆熱和極化熱，極化熱可以用極化內(nèi)阻發(fā)熱的形式體現(xiàn)。Bernadi模型的總發(fā)熱等于歐姆內(nèi)阻與極化內(nèi)阻的和與電流平方的乘積。

單體傳熱模型的建立。案例認(rèn)為，單體的傳熱包含兩個(gè)過(guò)程，一個(gè)過(guò)程是單體中心部位發(fā)熱，并在電芯內(nèi)部擴(kuò)散；另一個(gè)過(guò)程是，電芯的表面與空氣之間的熱量交換過(guò)程。

熱量在電芯內(nèi)部的傳遞。方形電芯內(nèi)部為層疊結(jié)構(gòu)，熱量從中心，一層一層的向外傳遞，直至傳遞到電芯表層，再由表層向空氣中傳遞。于是，其熱傳導(dǎo)過(guò)程采用多層平壁熱傳導(dǎo)方法計(jì)算。傳熱率，與溫差、導(dǎo)熱系數(shù)和傳熱面積成正比，與傳熱層的厚度成反比。

熱量在電信表面與空氣之間的交換。熱量傳遞到電池表面，表面溫度高于周圍環(huán)境溫度，則熱量會(huì)通過(guò)對(duì)流的方式向空氣中傳播。根據(jù)空氣流動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源不同，可以分成自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流，與自然冷卻和風(fēng)冷相對(duì)應(yīng)。電芯表面散熱這一場(chǎng)景，實(shí)際上還有熱輻射的過(guò)程，只是輻射的熱量在總體熱量中的占比比較小，可以忽略。對(duì)流傳熱速率，與對(duì)流傳熱系數(shù)、對(duì)流傳熱面積和電信表面與環(huán)境的溫差成正比關(guān)系。

電池組模型

在電池組中，單體按照?qǐng)D中的方式排列。自然對(duì)流條件下得出的結(jié)論是電芯內(nèi)部溫度遠(yuǎn)高于表面溫度，每個(gè)電芯的表面溫度近似。

風(fēng)冷系統(tǒng)，如下圖所示。進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口設(shè)置在箱體的兩端。仿真過(guò)程中，先保持風(fēng)量不變，不斷改變風(fēng)口的尺寸，尋找最合理的空氣進(jìn)出口面積。再保持最佳空氣進(jìn)出口面積，調(diào)整風(fēng)量，找到風(fēng)量與電芯溫度的關(guān)系。案例結(jié)論是空氣進(jìn)出口面積是電池側(cè)面積6倍的時(shí)候，效果最佳；風(fēng)量越大效果越好，但過(guò)大的風(fēng)量消耗過(guò)多能源，存在一個(gè)性價(jià)比最高的風(fēng)量。

案例忽略因素的影響

案例沒(méi)有具體描述空氣流通的路徑。從示意圖不難看出，第三排電芯與箱體內(nèi)空氣流動(dòng)的大方向恰好垂直，而案例在前文有結(jié)論，認(rèn)為電芯溫度最高的部位在中心，距離中心越近溫度越高。這部分電芯的冷卻效果不會(huì)特別理想。

案例認(rèn)為電池包是一個(gè)密閉空間，沒(méi)有考慮電池箱體與外界熱交換的過(guò)程模型，電池箱體材質(zhì)和詳細(xì)機(jī)構(gòu)沒(méi)有做過(guò)多交代。實(shí)際應(yīng)用中，外圍電芯溫度會(huì)低于中心電芯溫度。