有關鋰電池散熱特性分解

鋰電池的熱量從來源上來分緊要可以分為兩類：1）可逆的熵變熱；2）不可逆熱，如歐姆阻抗熱，電荷交換阻抗熱等，因此鋰電池在工作過程中的產熱功率可以用下式來表達，其中式中第一項為不可逆熱，第二項為可逆的熵變熱。

鋰電池除了產熱外，散熱同樣緊要，鋰電池的散熱特性受到電池形狀，電池材料和散熱方式等的影響，在該項研究中作者提出了一個標準的散熱系數概念，在試驗中作者將散熱方式統一為效率更高的極柱散熱方式，從而戒備了電池形狀關于散熱系數的影響。試驗中作者采用了兩種尺寸的軟包鋰電池作為研究對象，其電池參數如下表所示。其中電池A為高功率型5Ah電池，電池B為高比量型7.5Ah電池，電池A的正極為NCM111材料，電池B的正極為Li(Ni0.4Co0.6)O2材料，表2為兩種電池內部電芯的基本參數和熱特性參數。

試驗中用于探測A和B兩款電池的發熱特性的裝置如下圖所示，其中用于電連接的母線也同時起到了極耳散熱的用途，試驗中作者采用了15個K型熱電偶用于測量電池和烘箱溫度的變化，這些熱電偶的詳盡分布如下圖所示。

電池通過正負極的母線的散熱速率可以通過下式表達，其中ABB位母線的截面積，而ΔTBBneg位母線上的兩個測溫點之間的溫差，關于負極位9號和10號測溫點之間的溫差，關于正極則為11和12號測溫點之間的溫差

試驗中為了測量鋰電池在不同的SoC狀態下的發熱特性，作者作者采用了脈沖放電的策略，也就是以20A脈沖充電1s，然后20A脈沖放電1s，繼續6個小時，保證電池在整個過程中都維持同一個SoC，這一過程的熱量緊要來自于不可逆熱。采用極耳散熱時電池內部的溫度差別小于1℃，而倘若在電池的一側施加一個1.49W的加熱條件下電池內部最大的溫差就會新增到3℃（如下圖c所示），倘若在電池的兩側同時施加一個1.49W的加熱，則我們能夠從下圖d中看到電池內部的溫差又變的非常小，從模擬結果來看，脈沖充放電能夠在鋰電池內部出現一個較為平均的溫度場。

熱功率曲線可以分為兩類：1）產熱功率；2）散熱功率，從下圖能夠看到在開始的非穩態時電池的溫度會緩慢的升高，隨著電池極耳處溫度與母線散熱處溫差不斷增大，電池通過母線的散熱功率也在不斷增大，當產熱功率與散熱功率相等時電池就達到了一個穩態狀態。

由于在該試驗中鋰電池的熱量緊要是通過正極極耳、負極極耳擴散出去，因此在計算鋰電池的散熱系數時作者也分別計算了負極散熱系數CCCneg，正極散熱系數CCCpos，以及電池總散熱系數CCCtot（如下式所示）。下圖為利用試驗1中穩態階段數據計算得到的三個散熱系數，從下圖我們能夠看到負極的散熱系數要顯著高于正極。

電池A1在不同SoC和不同的電流下計算得到的正極、負極和電池的散熱系數，從下圖我們不難看出電池的SoC狀態和工作電流關于電池的散熱系數沒有影響，這聲明無論電池處于何種工況，只要能夠達到熱平衡，我們就可以計算電池的散熱系數。

A和B兩種電池的散熱系數比較，可以看到關于兩種電池而言負極的散熱系數都要顯著高于正極，而電池A由于采用了功率型的設計，因此散熱系數也要分明高于電池B，其中A電池的負極散熱系數比B電池高65.13%，正極散熱系數高63.18%，電池整體散熱系數高62.70%。

聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除