梁夢晨

鋰離子動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)探析

梁夢晨

（上海機(jī)動車檢測認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司，上海 201805）

目前，作為應(yīng)用最為廣泛的動力電池，鋰離子電池本身的性能會受到溫度的影響。為了對鋰離子動力電池的熱管理有清晰的了解，文章在闡述鋰離子電池工作原理的基礎(chǔ)上，對于鋰離子動動電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，希望可以對其有深入的探討。

鋰離子；動力電池；熱管理；技術(shù)

前言

一般來說，電池本身的溫度變化會對電池的安全性、性能、壽命等造成較大的影響。所以，在特定的環(huán)境之下，研究溫度變化的特性，并且通過電池溫度合理有效的控制，利用關(guān)鍵技術(shù)的分析，其本身就具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 鋰離子電池的工作原理及生熱基本理論

基于本質(zhì)的分析，在電化學(xué)電池中囊括了電極兩個以及對應(yīng)的電解質(zhì)容器。一旦無源電路與兩個電極相互的聯(lián)合，就會有電流存在于電池內(nèi)部，通過電路就會出現(xiàn)放電。從化學(xué)的角度來進(jìn)行分析，通過還原和氧化反應(yīng)之后就會產(chǎn)生電流。在實(shí)施放電的過程中，當(dāng)電子接收到外部電路的正極，通過化學(xué)還原反應(yīng)之后，其電極重量就會減輕。與此同時，因?yàn)楸谎趸淖饔?，?fù)電極就會朝著外部電路釋放電子。而在電池的內(nèi)部，經(jīng)過離子流經(jīng)電解質(zhì)之后就可以完成電流回路的要求。需要針對電池做好充電處理，讓實(shí)際的外部電路電壓要比電池端電壓高，這樣就會讓相反的電流經(jīng)過電池，這樣就會讓氧化還原反應(yīng)出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)[1]。

在實(shí)施電池?zé)崃抗芾碇欣脽峁芾硐到y(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上，就可以電池生熱量的獲取，為了能夠?qū)﹄姵厣鸁崃考右怨烙?jì)，還需要對實(shí)際運(yùn)行階段的電池電流加以計(jì)算。通過電池生熱量的不算，這樣就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的熱量以及通風(fēng)散熱情況合理有效的設(shè)計(jì)，這樣就可以確保電池工作始終能夠處于一個相對穩(wěn)定的溫度范圍之中。

2 鋰離子動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

針對鋰離子動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)加以分析，本章節(jié)選擇單體電池或者模組的電熱特性仿真進(jìn)行分析。

就目前的情況分析，針對商用的鋰離子動力電池，其主要是按照電芯的封裝工藝，將其劃分為硬殼和軟包，硬殼主要是基于外形劃分為方形與圓柱形，但是圓柱形本身占據(jù)的體積較小、串并聯(lián)方案多樣化、容易制造與存儲[2]。

圖1 不同放電倍率下單體溫度變化

基于CAE技術(shù)的使用，對于單體電池或者模組電熱特性進(jìn)行仿真模擬。使用CAE技術(shù)之后，通過三維熱仿真模型的利用，這樣就可以對不同工作電流條件下的情況進(jìn)行分析，從而了解其對應(yīng)的實(shí)際分布情況。為了可以實(shí)現(xiàn)不同電流之下的單體電池實(shí)際熱效應(yīng)進(jìn)行分析，就需要考慮到不同倍率下的單體放電處理，其實(shí)際的溫度變化情況見圖1所示。通過圖1可以清楚的了解到，在處于8C的程度上，其本身的倍率電池溫度處于直線的上升趨勢。這主要是因?yàn)樵诋?dāng)前的高倍率之下，電池的內(nèi)部會產(chǎn)生較高的熱效率，并且對于外部的對流偏小，導(dǎo)致其生熱率就要比散熱率大很多，雖然在不斷的積累熱量，但是也會不斷的升高其單體中心位置的實(shí)際溫度。當(dāng)處于1C的放電條件之下，所以，其單位時間之中的電信本身產(chǎn)熱偏小，在1C的放電條件之下，由于本身的產(chǎn)熱偏小，所以，生熱量就會直接散熱到周圍的環(huán)境中去，讓其本身可以處于一個熱平衡的狀態(tài)之下，在完成放電之后，就會減小其溫度的升幅。

圖2 仿真溫度場

在完成在5C倍率放電后，實(shí)際的溫度分布見圖2所示，其整體的溫度分布情況如下：在（a）當(dāng)中，可以將單體內(nèi)部溫度分布情況清楚的觀察，并且去單體的YOZ截面，見圖（b）所示。通過下圖2可以看出，單體的中心區(qū)域溫度最高，主要是因?yàn)閷α鲹Q熱，所以，其本身的溫度偏低，越是靠近與兩端，其本身帶來的導(dǎo)熱影響就會越明顯。

針對電池模塊的具體分析，在不同倍率電流放電的過程中，熱效應(yīng)和溫度分布見圖3所示?；趫D3的實(shí)際分析可以看出，在模組的中心部位上出現(xiàn)了不同倍率電流放電溫度的最高區(qū)域，并且其實(shí)際的溫度分布規(guī)律也是一致的。

圖3 溫度分布

基于CAE技術(shù)來進(jìn)行仿真模擬的處理，這樣就可以了解實(shí)際的溫度分布情況，這樣就可以實(shí)現(xiàn)針對性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，就可以提供可靠的理論引導(dǎo)[3]。

3 結(jié)語

總而言之，對于現(xiàn)階段的新能源汽車而言，鋰離子動力電池作為其重要的組成構(gòu)件，在最近幾年國家政策的合理引導(dǎo)下，在市場發(fā)展的有力推動下，隨著新能源汽車一起，也進(jìn)入到高速發(fā)展的階段。在電池組性能中，動力電池管理系統(tǒng)作為其重要的組成部分，其關(guān)鍵技術(shù)的研究就成為重中之重。所以，希望通過本文的研究，可以對鋰離子動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)有所認(rèn)識。

[1] 王雅,方林.鋰離子動力電池?zé)峁芾矸椒ㄑ芯窟M(jìn)展[J].船電技術(shù), 2019（05）:14-18.

[2] 滕峻林,申慧君,劉淑香,王競.鋰離子動力電池包熱管理系統(tǒng)研究與方案設(shè)計(jì)[J].無線互聯(lián)科技,2019（08）:66-67.

[3] 尤若波.相變材料在動力電池?zé)峁芾碇械膽?yīng)用研究[J].儲能科學(xué)與技術(shù),2017（05）:1148-1157.

Key Technologies of Thermal Management System for Lithium ion Power Battery

Liang Mengchen

( Shanghai Motor Vehicle Inspection and Certification Technology Research Center Co., Ltd., Shanghai 201805 )

At present, as the most widely used power battery, the performance of lithium ion battery itself will be affected by temperature. In order to have a clear understanding of the thermal management of lithium ion power battery, this paper, based on the description of the working principle of lithium ion battery, analyzes the key technologies of the thermal management system of lithium ion dynamic battery, hoping to have an in-depth discussion on it.

Lithium ion; Power battery; Thermal management; Technology

TM911.3

A

1671-7988(2019)18-28-02

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梁夢晨，就職于上海機(jī)動車檢測認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.009