锂离子电池包散热综述

锂离子电池包散热综述

发表时间：2018-09-10T09:40:47.577Z 来源：《基层建设》2018年第21期作者：叶剑峰何小龙

[导读] 摘要：温度是制约电池包性能提升和安全运行的关键因素，适宜的工作温度环境是电池良好性能发挥的重要前提。

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摘要：温度是制约电池包性能提升和安全运行的关键因素，适宜的工作温度环境是电池良好性能发挥的重要前提。本文从锂离子电池包的冷却形式、不同形态电池的风冷特点的等方面对锂离子电池的散热特性进行了分析，从而为设计一种稳定、高效的电池包散热形式提供了重要参考。

关键词：动力锂电池；冷却形式；散热特性；

引言

锂离子动力电池因其能量密度高、无记忆效应、循环寿命长等优点在电动汽车和混合动力汽车等电动设备中得到了广泛的应用。温度是锂离子电池组安全监控中重点关注对象。现有的研究表明：锂电池的最佳工作温度是15℃~35℃，极端温度对锂电池的性能、寿命和安全构成威胁，特别是过高的温度可能导致严重的安全问题。因此，锂电池组的热管理得到了车企、研究者的重点关注。

1 锂离子电池包冷却形式

锂离子动力电池在使用过程中会产生大量热量导致电池温度不断升高，严重影响电池的寿命和使用安全。因此，锂离子动力电池热管理对保证电池性能及安全有重要作用。锂离子电池包的冷却方案有空气冷却、液体冷却、热管冷却和变相材料冷却。

2 空气冷却

空气冷却是最为经济的冷却手段，具有系统简单可靠、附加质量低的特点，相应的，冷却效果最差。日产的leaf纯电动汽车和本田的Insight混合动力电动车，也采用以空气为介质的热管理系统来实现动力电池的散热和加热。

(1)方形电池的空气冷却

一般而言，对于方形电池而言采用并行通风方式是最有效的。这种方法的最大优势是每个模块都可以吹到等量的冷空气，保证了模块间温度的一致性。这样，电池组的温度就可以用几个特定位置的模块温度来表示。丰田RAV-4电动汽车用电池包冷却系统就是使用的并行通风方式，冷却气流从风机口吹出达到各电池模块的上端再经单体电池侧壁之间的通风道向下从底座出口吹出。

(2)圆柱形电池的空气冷却

圆柱形锂电池（18650、21700、26650等）是亦是常用的动力锂电池，有研究者针对电池的排布对风冷效果进行了研究，其基本思想与方形电池组的基本类似：改变电池排布方式、寻找最优的冷却流场。

研究表明，电池组中远离冷却风入口的电池温度较高，因为冷却风经过前几排电池后，温度已有所上升，因此越靠后的电池，散热效果越差。基本上每个单体电池，温度场均呈现两端高中间低的情况，原因是电池两端被固定在连接体上，而连接体的导热系数相对较低，且冷却风在连接体内壁面附近的流速也会较远离壁面处的流速低，因此从电池中部到两端散热效果逐渐变差。

3 液体冷却

液体冷却相对空气冷却来说有较好的冷却效果，而且可以使电池组的温度分布均匀，但是液体冷却对电池包的密封性有很高的要求，如果采用水这类导电液体，需用水套将液体和电池单体隔开，这样不仅增加了系统的复杂性而且降低了冷却效果。

一般液体冷却系统都是安装在电池组模块附近，原理和空调的制冷原理相似，冷却系统通过管路和单个电池模块相连，管路里循环流动冷却液(一般是乙二醇)，将单个电池模块的热量带走，冷却系统将乙二醇制冷，多余热量通过风扇排到外界，而乙二醇再次循环进入电池模块，继续吸收电池散发的热量。

4 热管冷却

热管技术可以满足电池组的高温散热与低温预热双工况要求，响应快，温度均匀性好，作为电池组新的冷却方法被提出后，有了一定的发展，且作为产业研究的重点方向，但是受到布置和体积的限制，目前还没有实车使用。

5 变相材料冷却

采用相变材料的主要优点有：与电池壁面之间换热系数高，冷却速度快，效率高，还能一定程度上控制温度上下限；不足之处在于采用此种冷却方式的研发制造成本较高。

6 小结

本文介绍了3种不同的电池包冷却形式，在设计动力电池包散热系统时，不仅需要综合考虑电池的冷却性能需求，而且需要结合整车的性能以及空间大小，系统的稳定性和成本高低对电池包散热形式进行选择。

参考文献

[1]康海鹏. 锂离子动力电池生热特性分析及其选配[D].吉林大学,2014.

[2]李秋芬. 车用动力电池包的散热仿真分析[D].华南理工大学,2016.

[3]车杜兰,周荣,乔维高.电动汽车电池包散热加热设计[J].北京汽车,2010(01):5-7+39.