鋰離子電池憑借著高能量密度、長(zhǎng)壽命的特性，在消費(fèi)電子領(lǐng)域取得了巨大的成功，近年來在電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的刺激下，鋰離子電池又開始在動(dòng)力電池領(lǐng)域開疆?dāng)U土。在電動(dòng)汽車應(yīng)用中鋰離子電池通常需要通過并聯(lián)、串聯(lián)的方式組合成為模塊，模塊再組合成為電池包為電動(dòng)汽車提供電能。根據(jù)單體電池的容量，通常一個(gè)電池包內(nèi)會(huì)包含數(shù)百到數(shù)千只電池，例如特斯拉早期Model3的電池包中使用了7000多只18650型號(hào)的單體電池。由于電池包內(nèi)的空間非常有限，因此大量的單體電池堆積在一起就會(huì)帶來一個(gè)非常嚴(yán)重的問題——散熱。

在電池包內(nèi)由于散熱條件不佳，因此在電池包中間位置的單體電池的溫度就會(huì)顯著高于周邊散熱條件較好的電池，這會(huì)帶來兩個(gè)方面的影響：

1）首先是隨著電池溫度的升高，電池的內(nèi)阻會(huì)顯著的降低，因此在放電的過程中溫度高的單體電池電流就會(huì)明顯高于溫度較低的電池，這就造成電池溫度高的電池的衰降速度顯著高于溫度低的電池。北京大學(xué)的QuanXia等人研究表明當(dāng)電池組內(nèi)最大溫差從2.5℃升高到4.62℃時(shí)，同樣充電600Ah后，電池組的可靠性會(huì)從0.9328，下降到0.0635（如下圖紅色和綠色曲線所示），可靠性下降到0.0635基本上就意味著電池組的失效。相反的，如果我們提高冷卻劑的流速，將電池組內(nèi)的最大溫差進(jìn)一步降低到2.36℃，則電池組的循環(huán)可靠性還會(huì)進(jìn)一步提高（如下圖中藍(lán)色曲線所示），由此可見電池組的使用壽命不僅僅受到單體電池的壽命影響，更受到電池組內(nèi)溫度均勻性的影響，電池組內(nèi)最大溫差升高2℃甚至可能導(dǎo)致電池組的使用壽命縮短將近一倍。

2）此外在電池組散熱條件不佳的情況下導(dǎo)致部分電池溫度過高，降低正負(fù)極的界面穩(wěn)定性，本身就會(huì)導(dǎo)致電池的衰降加速。我們以常見的NCM622材料為例，NCM622扣式半電池在20℃下循環(huán)100次后，容量保持率為87.5%，但是如果環(huán)境溫度提高到60℃后，循環(huán)100次后扣式電池的容量保持率則僅為68.8%，高溫嚴(yán)重的降低了NCM622材料的使用壽命。研究表明高溫下NCM622材料會(huì)面臨更加嚴(yán)重的過渡金屬元素溶解和Li/Ni混排，從而導(dǎo)致NCM622顆粒的表層結(jié)構(gòu)衰變，引起界面阻抗的增加和可逆容量的衰降，這是引起NCM材料高溫下衰降加速的主要原因。

鑒于溫度對(duì)于單體電池和電池組壽命的巨大影響，在電池組設(shè)計(jì)中熱管理系統(tǒng)占有非常重要的地位。電池組的熱管理系統(tǒng)一般具有兩種功能：1）加熱，通常通過在電池表面貼加熱帶的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電池的加熱，也有部分學(xué)者提出電池內(nèi)部加熱的方式提高加熱效率；2）散熱功能，常見的散熱方式主要包括風(fēng)冷、水冷、熱管和相變材料等，由于水的比熱容比較大的，散熱效果良好，因此水冷散熱是目前最為常用的散熱方式。例如特斯拉采用的電池組內(nèi)部就采用了大量的蛇形管緊貼電池表面為單體電池進(jìn)行散熱，從而保證電池內(nèi)部溫度的均勻性，提高電池組的使用壽命。

水冷散熱帶來良好的散熱效果的同時(shí)，也帶來一個(gè)巨大的風(fēng)險(xiǎn)，一旦冷卻液發(fā)生泄漏，會(huì)直接導(dǎo)致電池組內(nèi)大量的電器設(shè)備發(fā)生短路，動(dòng)力電池組的電壓往往高達(dá)數(shù)百伏，短路事故的發(fā)生會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的安全事故。因此，電池組的冷卻系統(tǒng)在使用之前必須要進(jìn)行密封性檢測(cè)，然而電池組的冷卻系統(tǒng)通常體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常規(guī)的差壓、背壓等檢測(cè)方式并不適合對(duì)其進(jìn)行檢漏。