鄒 青，張 帆

0 前言

鋰電池組在水下使用環(huán)境通常為密閉空間，當(dāng)大功率放電時(shí)會(huì)釋放大量熱量[1-3]。大量熱量堆積會(huì)導(dǎo)致電池組內(nèi)部變得不穩(wěn)定，因此需要對(duì)電池使用過程進(jìn)行溫度監(jiān)控，使電池內(nèi)部最高溫度在可控范圍[4]。

1 系統(tǒng)概述

本文使用的鋰電池為鋰亞硫酰氯（Li/SOCl2）電池，根據(jù)使用要求，鋰電池使用時(shí)內(nèi)部溫度不得超過70℃，本文的溫控設(shè)計(jì)就是為了尋找一種方案，能在電池的全壽命使用周期將放電溫升控制在70℃以內(nèi)。

圖1 鋰電池模塊單元熱控結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電池平面分布圖

鋰電池組包含多個(gè)相同的電池模塊單元截面，選取其中一個(gè)截面作為研究對(duì)象，電池模塊單元熱控結(jié)構(gòu)如圖1左所示。電池艙單層艙段由艙體、T型環(huán)肋以及艙內(nèi)四個(gè)電池模塊組成。每個(gè)電池模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)為5個(gè)打孔隔板夾著4層鋰單體電池，隔板整體固定由側(cè)面的固定板連接。圖1右為電池模塊內(nèi)部電池平面分布圖。

2 溫升情況摸底

通過仿真計(jì)算[5-7]，以電池模塊單元的中心截面為基準(zhǔn)，最終在4個(gè)截面上選取如圖2中的測(cè)溫點(diǎn)加裝溫度傳感器。電池分為左上、右上、左下和右下四塊，分別對(duì)應(yīng)A、B、C、D四個(gè)測(cè)溫模塊，電池同時(shí)分為1、2、3和4層。如A-1-1表示左上電池的第1層對(duì)應(yīng)的A模塊測(cè)溫點(diǎn)1。同時(shí)在電池艙內(nèi)壁和外壁也加裝一些溫度傳感器。

將該電池艙段密封后放入水中，以恒功率2 000 W放電，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)在放電至8小時(shí)13分時(shí)，左上電池模塊內(nèi)部溫度最先達(dá)到70℃，溫升曲線如圖3所示。

圖2 基本型測(cè)溫點(diǎn)分布

圖3 溫升曲線圖

對(duì)比圖3中可以發(fā)現(xiàn)，電池模塊內(nèi)部溫度與電池艙壁及內(nèi)部空氣溫度相差較大，達(dá)35℃，表明接觸式被動(dòng)熱傳導(dǎo)散熱效果不理想。如何有效地降低模塊內(nèi)溫與外部溫度差成為解決熱控設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，下面引入風(fēng)扇為電池內(nèi)部主動(dòng)降溫，將熱量排到密閉空間空氣中。

3 加風(fēng)扇溫升情況摸底[8]

在電池模塊蒙皮的相應(yīng)位置開孔安裝風(fēng)扇和設(shè)置通風(fēng)孔，上下模塊的通風(fēng)孔對(duì)齊，風(fēng)扇及通風(fēng)孔的位置如圖4所示，風(fēng)扇風(fēng)向?yàn)橄螂姵貎?nèi)部送風(fēng)。

將該電池艙段密封后放入水中，以恒功率2 000 W放電。由于上電池模塊正對(duì)風(fēng)扇，此次下電池模塊溫升較快，整個(gè)試驗(yàn)過程歷時(shí)21小時(shí)12分鐘，電池放電進(jìn)入末期，電池模塊內(nèi)部最高溫度達(dá)到47℃，試驗(yàn)完成，溫升曲線如圖5所示。

圖4 風(fēng)扇及通風(fēng)孔位置

從圖5中可見，加入風(fēng)扇后，電池模塊散熱加快，溫升得到控制。

圖5 加風(fēng)扇溫升曲線

4 幾種熱控方案對(duì)比

表1為2種熱控方案的實(shí)際效果對(duì)比，從中可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)冷方案有效地控制了電池模塊內(nèi)部的溫升。

表1 幾種熱控方案對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)鋰電池在使用過程中的發(fā)熱問題，提出解決方案。經(jīng)仿真計(jì)算，在電池模塊部署一系列溫度傳感器監(jiān)測(cè)電池溫度。通過試驗(yàn)得出，大功率放電時(shí)，鋰電池模塊內(nèi)部熱量無法快速排出，需要借助風(fēng)冷等主動(dòng)散熱措施。通過查看溫度數(shù)據(jù)，選取每個(gè)模塊在無風(fēng)冷情況下的溫度最高點(diǎn)作為監(jiān)測(cè)對(duì)象，可以大大簡(jiǎn)化在后續(xù)應(yīng)用場(chǎng)合的溫控設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

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