鋰離子電池?zé)峁芾硇录夹g(shù)

由于高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命，鋰離子電池廣泛用于電動(dòng)車輛。由于鋰離子電池的性能和壽命對(duì)溫度非常敏感，因此保持適當(dāng)?shù)臏囟确秶浅Ｖ匾?。電池組熱管理是依據(jù)電池性能在不同溫度下變化的分析，結(jié)合電池自身內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)與生熱機(jī)理，涉及到傳熱、材料、電化學(xué)不同門類的交叉，通過設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)使電池組在高溫及低溫時(shí)熱失控得到控制，從而使電池組整體性能獲得提高的一種新技術(shù)。

依據(jù)電動(dòng)汽車電池組的冷卻系統(tǒng)是否需要考慮周圍環(huán)境條件，分為主動(dòng)及被動(dòng)冷卻。依據(jù)冷卻時(shí)所需的冷卻介質(zhì)，散熱方式有又可分為風(fēng)冷散熱、液體冷卻及相變材料冷卻幾種方式。

本文主要基于不同冷卻方式介紹了近兩年內(nèi)有關(guān)鋰離子電池?zé)峁芾淼男路椒?，為新能源汽車電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)提供新的技術(shù)方向。

1 相變材料冷卻

相變材料（PCM）主要以潛熱形式存儲(chǔ)熱量，這是由于其潛在的大容量存儲(chǔ)容量。PCM從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，在潛熱儲(chǔ)存期間幾乎恒溫，反之亦然。PCM由于其低體積膨脹而具有優(yōu)于其他存儲(chǔ)材料（例如制冷劑，水，乙二醇，油等）的益處，是無毒和非爆炸性質(zhì)的。還值得一提的是，普通的PCM具有非常低的導(dǎo)熱率（0.1～0.3W/（m·K））。熱量存儲(chǔ)率受到PCM的低導(dǎo)熱率的影響。

1.1 相變材料飽和石墨烯泡沫鎳的鋰離子電池?zé)峁芾韀1]

在先前的研究中，鋰離子電池的熱管理主要使用石墨烯-石蠟復(fù)合物或金屬泡沫（銅，鎳或鋁）/石蠟復(fù)合物進(jìn)行。石墨烯的導(dǎo)熱率非常高（2 000～3 000W/（m·K））。石蠟的滲透性在滲入鎳泡沫和石墨烯涂覆的鎳泡沫后增加。但問題在于，泡沫鎳僅使石蠟的導(dǎo)熱率提高了六倍，石墨烯石蠟復(fù)合材料的熱機(jī)械性能（如拉伸強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度）在高溫下變?nèi)酢?/p>

作者基于石墨烯涂覆的泡沫石蠟飽和的鋰離子電池研究其熱管理系統(tǒng)的性能。還研究了另外四種熱管理材料，即鎳泡沫、石蠟、石墨烯涂覆的鎳泡沫和用石蠟飽和的鎳泡沫，并相互比較。此外，還研究了在較高操作條件（30℃，33℃）下用石蠟作為熱管理材料飽和的石墨烯涂覆的鎳（GcN）泡沫的性能。研究還包括用石蠟飽和的GcN泡沫的熱特性（熱導(dǎo)率、潛熱、相變溫度和比熱容），將結(jié)果與純石蠟和用石蠟飽和的鎳泡沫進(jìn)行比較。圖1所示為幾種不同材料的形態(tài)。

圖1 （a）鎳泡沫（12.7PPI）的光學(xué)圖像[1]（b）用石蠟浸透的鎳泡沫[1]（c）石墨烯涂覆的鎳泡沫[1]（d）用石蠟填充的石墨烯涂覆的鎳泡沫[1]（e）石蠟和復(fù)合材料的TGA分析[1]（f）將石蠟滲入金屬泡沫中[1]

通過研究得出[1]：

（1）石墨烯涂覆的鎳泡沫使純石蠟的導(dǎo)熱率提高了23倍，而泡沫鎳使純石蠟的導(dǎo)熱率提高了6倍。

（2）與石蠟相比，復(fù)合材料的熔化和冷凍溫度分別升高和降低。石蠟熔融溫度的這種變化取決于金屬泡沫孔結(jié)構(gòu)-固體相互作用和金屬泡沫孔結(jié)構(gòu)-液體相互作用。

（3）與純石蠟的潛熱相比，用石蠟飽和的石墨烯涂覆的鎳泡沫的潛熱減少了30%。與固相和液態(tài)的純石蠟相比，相變材料飽和的鎳泡沫的比熱容分別小16%和12%，而用相變材料飽和的石墨烯涂層鎳的比熱容為35%，與固體和液體狀態(tài)的純石蠟相比，分別小34%。

（4）使用石墨烯涂覆的泡沫石蠟作為熱管理材料，與鎳泡沫相比，在1.7A的放電電流下，電池表面溫度的升高降低了17%。

1.2 基于相變材料的新型實(shí)用電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)[2]

PCM集成到電池是一種創(chuàng)新的熱管理方式。在過去的幾年中，研究界已經(jīng)提出了PCM集成解決方案。然而，在用于電動(dòng)汽車應(yīng)用的這種系統(tǒng)的商業(yè)化之前仍然存在一些需要解決的挑戰(zhàn)。根據(jù)現(xiàn)有研究，其整合的兩個(gè)主要方面仍需要進(jìn)一步研究：有效的熱導(dǎo)率增強(qiáng)，同時(shí)最大化PCM質(zhì)量和完全熔化后的PCM再生。盡管現(xiàn)有研究中提出的解決方案的效率很高，但它們的實(shí)施仍然具有挑戰(zhàn)性且昂貴。

作者提出了一種集成和改善電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)（BTMS）內(nèi)相變材料（PCM）熱傳遞的新解決方案，并研究了PCM熔化溫度對(duì)系統(tǒng)性能的影響。文章通過建立1D與3D兩個(gè)數(shù)值模型進(jìn)行分析。

所開發(fā)的1D模型能夠模擬PCM和電池之間的熱傳遞，其代表具有圓柱形幾何形狀的熱源。然后通過3D建模研究什么是最佳的集成架構(gòu)，可以允許更好的電池散熱和最大化PCM量，以防止電池?zé)崾Э睾筒痪鶆虻臏囟确植肌榇?，模擬了三種設(shè)計(jì)方案，如圖2所示。

圖2 高導(dǎo)熱率材料用藍(lán)色表示。（a）采用薄層和板材設(shè)計(jì)[2]（b）僅使用上板設(shè)計(jì)（僅表示單元的1/16）[2]（c）設(shè)計(jì)有鰭片PCM和單元格未表示（透明）[2]（d）設(shè)計(jì)'b'的網(wǎng)格[2]

作者所提出的方法首先強(qiáng)調(diào)了PCM選擇（導(dǎo)熱系數(shù)、熔化溫度）的重要性，并提出了用于最佳尺寸的數(shù)值模型，并且還討論了一個(gè)重要的問題，即PCM熔化溫度對(duì)系統(tǒng)性能的影響，這在以前沒有進(jìn)行過徹底的研究。此后，進(jìn)行PCM導(dǎo)熱系數(shù)增強(qiáng)與簡(jiǎn)單的通風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合。與諸如金屬泡沫之類的現(xiàn)有技術(shù)方法相比，所提出的方法是增強(qiáng)PCM內(nèi)部熱傳遞的簡(jiǎn)單但有效的方法，其設(shè)計(jì)可能復(fù)雜且昂貴（孔隙率、重量等）。此外，所提出的解決方案可以減少要集成的PCM量。

為了改進(jìn)和系統(tǒng)優(yōu)化，可以進(jìn)一步進(jìn)行以下研究：

（1）使用所提出的新解決方案開發(fā)真實(shí)尺寸原型，并基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)識(shí)別電池組的3D模型。

（2）開發(fā)測(cè)試臺(tái)以測(cè)量和量化電池單元與銅泡沫/PCM之間的接觸熱阻的影響。

（3）降低電池單元和銅泡沫/PCM之間的熱阻的方法。

（4）使用能夠處理連續(xù)和整數(shù)變量的高級(jí)優(yōu)化算法和3D模型確定關(guān)鍵參數(shù)。

（5）調(diào)查這種新解決方案的安全性方面和EV的集成。

2 空氣冷卻

電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)對(duì)于消散電池組產(chǎn)生的熱量至關(guān)重要，并保證電動(dòng)汽車的安全。在各種電池?zé)峁芾砑夹g(shù)中，空氣冷卻系統(tǒng)由于其成本低、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，是最常用的解決方案之一。

2.1 基于針翅式散熱器和多孔金屬泡沫的鋰離子電池?zé)峁芾韀3]

恒定高度的針翅散熱器是許多冷卻系統(tǒng)中使用的有益工具。這些散熱器可顯著降低電池內(nèi)的整體溫度。然而，它們不能可接受地改善溫度均勻性。因此，在作者的研究中，將鋁泡沫插入散熱器的空氣流動(dòng)通道內(nèi)，以通過改善溫度均勻性來制備用于鋰離子電池的兼容的熱管理系統(tǒng)。作者研究了五種不同的情況，如圖3所示。

圖3 不同案例的示意圖[3]

圖中案例1：沒有任何針翅或多孔金屬泡沫插入的流動(dòng)通道，案例2：帶有鋁銷翅片的流動(dòng)通道，案例3：帶有多孔鋁泡沫銷翅片的流動(dòng)通道，案例4：完全插入的流動(dòng)通道采用多孔鋁泡沫，案例5：完全插入的流道，多孔鋁泡沫和鋁銷翅片。

作者通過進(jìn)行三維瞬態(tài)熱分析，研究了具有五種不同類型散熱器的鋰離子電池單元的風(fēng)冷模塊。研究了多孔鋁插入、針狀翅片（實(shí)心或多孔）的類型、氣流入口溫度和空氣流入口速度對(duì)電池單元內(nèi)的溫度場(chǎng)的最高溫度和標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響。這項(xiàng)研究的結(jié)果得出以下結(jié)論：

（1）在所有空氣流入口速度和低泵浦功率下，針形翅片的使用降低了電池組內(nèi)部的最高溫度。然而，在高泵浦功率下，針形翅片會(huì)導(dǎo)致更高的溫度。此外，在所有泵浦功率和低空氣流速下，所有固體（非多孔）鋁針形翅片都能夠改善鋰離子電池內(nèi)部的溫度均勻性。

（2）多孔鋁銷翅片不能提高鋰離子電池內(nèi)的溫度降低或改善溫度均勻性。

（3）在空氣流動(dòng)通道內(nèi)嵌入多孔鋁泡沫可以提高電池內(nèi)部的溫度。但是，它無法改善溫度均勻性。

（4）在空氣流動(dòng)通道內(nèi)插入多孔鋁泡沫和鋁針狀翅片的組合降低了電池內(nèi)部的溫度并改善了溫度均勻性。建議將此組合用于高功率需求行業(yè)。

2.2 二次風(fēng)口并聯(lián)風(fēng)冷電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)流量配置設(shè)計(jì)[4]

在各種電池?zé)峁芾砑夹g(shù)中，空氣冷卻是最常用的解決方案之一。為了改善冷卻通道之間壓降的均勻性，作者通過使用二次通風(fēng)口改善了并聯(lián)風(fēng)冷BTMS的冷卻性能，并研究了入口空氣溫度、發(fā)熱速率以及二次通風(fēng)口的位置和尺寸對(duì)BTMS冷卻性能的影響。如圖4所示為二級(jí)通風(fēng)口位置示意圖。

圖4 二級(jí)通風(fēng)口位置示意圖[4]

研究表明：

（1）電池組的溫度上升和溫差與入口空氣溫度無關(guān)，并且與恒定發(fā)熱率的情況下的發(fā)熱率成比例。因此，降低進(jìn)氣溫度可降低絕對(duì)溫度，但不能降低電池組的溫差。EV的大功率消耗的情況可能導(dǎo)致電池組中的熱失控。

（2）輔助通風(fēng)口的位置強(qiáng)烈影響B(tài)TMS的冷卻性能。當(dāng)輔助通風(fēng)口位于會(huì)聚氣室上時(shí)，建議將其放置在具有最大電池溫度的電池單元周圍的冷卻通道上。

（3）與會(huì)聚氣室上的第二通風(fēng)口相對(duì)于冷卻通道相比，位于BTMS出口附近的第二通風(fēng)口可有助于實(shí)現(xiàn)更好的冷卻性能。在這種情況下，數(shù)值研究表明，與用于恒定發(fā)熱率情況的原始系統(tǒng)相比，電池組的最高溫度降低了5K或更多，并且最大溫差減少了60%或更多。而且，隨著二次通風(fēng)口的寬度增加，BTMS的冷卻性能變得更好，并且對(duì)于不穩(wěn)定發(fā)熱率的情況可以實(shí)現(xiàn)類似的改進(jìn)。

3 蒸發(fā)冷卻

蒸發(fā)冷卻是當(dāng)前熱管理系統(tǒng)采用的一種新興冷卻技術(shù)，因?yàn)樗軌蛞院侠淼某杀鞠⒏邿崃俊＠鋮s劑液滴吸收來自加熱表面的多余熱量，以通過蒸發(fā)提供冷卻。與傳統(tǒng)的液體冷卻不同，傳統(tǒng)的液體冷卻需要昂貴的設(shè)備，例如泵、冷板和熱交換器，蒸發(fā)本質(zhì)上是一種大氣過程，因此它只需要最少的能量和操作成本。

3.1 新型霧化冷卻鋰離子電池組熱管理系統(tǒng)[5]

迄今為止，電池組熱管理系統(tǒng)上的霧冷卻是相對(duì)較新的技術(shù)。在作者的研究中，霧冷卻被提出用于電池組熱管理系統(tǒng)。首先，應(yīng)用CFD模擬評(píng)估了強(qiáng)制空氣對(duì)流和霧冷卻下虛擬電池的熱性能和流場(chǎng)，并通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果。其次，使用加速率熱量計(jì)（ARC）在恒定電流充電和放電的各種C速率下表征電池的發(fā)熱。接下來，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)證的CFD模型來研究在不同冷卻配置下電池模塊中的電池的溫度分布。隨后從穩(wěn)態(tài)模擬得到傳熱相關(guān)性，然后將其用于確定在各種瞬態(tài)充電和放電操作下電池模塊溫度的熱性能。

研究中使用的電池模塊由六個(gè)以圓形圖案排列的電池組成。電池模塊的示意圖如圖5（a）所示。在虛擬電池上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試以驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果，圖5（b）所示為虛擬單元測(cè)試臺(tái)的示意圖。

圖5 （a） 圓柱形電池模塊的CAD模型[5]

圖5 （b） 虛擬單元測(cè)試臺(tái)的示意圖[5]

通過作者的研究，可以得出結(jié)論：霧冷卻系統(tǒng)提供了優(yōu)異的冷卻性能，可將電池溫度保持在最佳工作溫度范圍內(nèi)，并且能夠使電池模塊上的溫度變化最小化。通過將少量霧氣引入干燥空氣流中，冷卻流體的傳熱性能能夠增強(qiáng)干燥空氣的不良對(duì)流性能，從而改善下游的整體傳熱性能。此外，發(fā)現(xiàn)霧化流體的負(fù)載分?jǐn)?shù)是影響冷卻系統(tǒng)的熱性能的關(guān)鍵參數(shù)。目前的工作表明，通過用霧冷卻系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的強(qiáng)制空氣冷卻系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)45%的熱性能改進(jìn)。此外，霧發(fā)生器的功耗約為4.8 W，而空氣冷卻系統(tǒng)消耗更多功率以實(shí)現(xiàn)更高的性能。目前的工作得出結(jié)論，霧冷卻系統(tǒng)可以為配備液體冷卻系統(tǒng)的鋰離子電池提供另一種熱管理解決方案。雖然液體冷卻方法需要昂貴的設(shè)備，例如冷板、泵和熱交換器，但這會(huì)增加EV的總重量并因此減少總的續(xù)駛距離。除此之外，冷凝器可以安裝在電池組上以收集水滴用于再循環(huán)。在未來的工作中，可進(jìn)一步究霧冷卻系統(tǒng)的不同冷卻液和液滴尺寸的影響。

3.2 新型氨沸騰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的開發(fā)與評(píng)估[6]

作者模擬和評(píng)估了基于氨沸騰的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的性能，以將未來可能的氨基混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作溫度保持在最佳工作范圍內(nèi)。氨用作車輛的冷卻劑和燃料。該系統(tǒng)利用了池式沸騰的高傳熱系數(shù)。冷卻系統(tǒng)將直接接觸沸騰與產(chǎn)生的氨蒸氣的自然對(duì)流耦合。對(duì)4C充放電循環(huán)進(jìn)行了600 s的模擬。所提出的系統(tǒng)工作原理如圖6所示。

圖6 （a）的示意圖考慮了包括其尺寸的棱柱形電池[6]，以及（b）與所提出的基于氨的冷卻系統(tǒng)集成的電池組的設(shè)計(jì)[6]

研究結(jié)果表明，當(dāng)只有5%的電池前表面被沸騰氨池覆蓋時(shí)，該系統(tǒng)能使電池的最高溫度保持在33℃以下，具有良好的應(yīng)用前景。所有考慮的情況的最大溫差和平均溫度分別小于12℃和28℃。增大電池池覆蓋面積可降低電池的最高溫度，提高電池的溫度均勻性。此外，基于沸騰的冷卻系統(tǒng)能夠?qū)㈦姵氐墓ぷ鳒囟缺３衷谧罴巡僮鞣秶鷥?nèi)。所提出的系統(tǒng)的缺點(diǎn)之一是它特別適用于使用氨作為無碳燃料的未來混合動(dòng)力電動(dòng)車輛。進(jìn)一步的研究值得使用可用于純電動(dòng)車輛的沸騰電池冷卻系統(tǒng)。計(jì)劃在該領(lǐng)域進(jìn)一步研究以考慮改變電池組內(nèi)電池的布置和取向，以具有較低的最高溫度和較好的電池溫度均勻性。此外，進(jìn)一步的分析應(yīng)該考慮研究容納液氨池而不是直接冷卻池接觸的冷卻板的效果。

4 熱管冷卻

熱管是自發(fā)操作的小元件，利用相變熱傳遞。這些管道可以使用非常小的溫差傳輸大量的熱能。由于熱管可以用來強(qiáng)化傳熱，近年來，熱管冷卻技術(shù)得到了廣泛的研究。

4.1 汽車用圓柱形電池組內(nèi)部熱管理的新方法[7]

與表面冷卻方法相反，設(shè)計(jì)用于片式冷卻的電池組有可能更緊湊，因?yàn)椴恍枰姵刂g的冷卻機(jī)制。與表面冷卻方法相比，用于電池組的片狀冷卻方法具有通過電池提供平面內(nèi)溫度梯度的額外好處，這可以延長(zhǎng)電池壽命。然而，片式冷卻的一個(gè)主要缺點(diǎn)是存在較長(zhǎng)的傳熱路徑，因?yàn)閭鹘y(tǒng)電池的長(zhǎng)度會(huì)增加內(nèi)部溫度梯度的大小。作者研究了一種新的圓柱形電池內(nèi)部熱管理方法，以降低通過電池內(nèi)部傳熱的熱阻。

新提出的內(nèi)部冷卻方法涉及將熱管放置在電池單元的心軸內(nèi)，由此熱管的冷凝器和蒸發(fā)器端都連接到鋁散熱盤。這種形成的熱傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)被稱為“熱管系統(tǒng)”。熱管冷卻方法的示意圖如圖7（a）所示。還示出了常規(guī)冷卻方法，其示出了底部冷卻器冷卻（b），徑向/表面冷卻（c）和雙翼片冷卻（d）。通過采用廣泛使用的、計(jì)算效率高的交替方向隱式（ADI）方法，利用有限差分法求解單元復(fù)合材料內(nèi)的控制熱傳導(dǎo)方程，圖7（e）所示為用于有限差分方案的解域。

相對(duì)于用于冷卻圓柱形電池單元的熱管的過去應(yīng)用，在該研究中所提出的熱管系統(tǒng)利用電池內(nèi)存在的更有效的軸向熱傳導(dǎo)路徑來進(jìn)一步增加從電池到熱管的熱傳遞速率。這是通過將2 mm厚的金屬（鋁）散熱器盤連接到熱管的兩端（用作電池芯軸材料）來實(shí)現(xiàn)的，該熱管直接接觸電池材料的頂部和底部。熱模型強(qiáng)調(diào)，由于通過電池內(nèi)部的熱傳遞的熱阻降低，所形成的熱傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)能夠顯著降低內(nèi)部電池溫度梯度。這種內(nèi)部熱管理方法要求外部傳熱機(jī)制僅存在于電池的底部，這可以簡(jiǎn)化電池組級(jí)熱管理設(shè)計(jì)策略。熱管系統(tǒng)還有可能直接集成在各個(gè)電池單元的內(nèi)部，以便在采用單片冷卻的現(xiàn)有電池組設(shè)計(jì)中更簡(jiǎn)單地集成。

圖7 具有（a）熱管和擴(kuò)散盤冷卻[7]（b）底部/單片冷卻[7]（c）徑向/表面冷卻[7]（d）兩個(gè)片冷卻的圓柱形電池的單元級(jí)冷卻策略示意圖[7]（e）用于有限差分方案的解域，其顯示整個(gè)單元復(fù)合材料中的溫度節(jié)點(diǎn)[7]

將熱管和擴(kuò)散盤并入電池的直接缺點(diǎn)是能量密度的降低和電池質(zhì)量的增加。相對(duì)于參照的18650電池，添加3 mm熱管和2 mm擴(kuò)散盤使電池能量密度降低了5.8%，電池質(zhì)量增加了11.7%。對(duì)于32113電池，采用6 mm熱管和2 mm擴(kuò)散盤，電池能量密度降低了6.0%，質(zhì)量增加了10.0%。

鑒于熱管系統(tǒng)的熱性能比單片冷卻有明顯的理論改進(jìn)，進(jìn)一步的研究應(yīng)針對(duì)與將熱管和擴(kuò)散盤并入電池內(nèi)部有關(guān)的實(shí)際問題。這應(yīng)著重于識(shí)別方法，以避免潛在的短路，因?yàn)殡娡肥怯蔁峁芎蛿U(kuò)散盤產(chǎn)生的，同時(shí)避免額外的電阻，這可能會(huì)損害利用電池內(nèi)軸向傳導(dǎo)通路的附加益處。為了進(jìn)一步了解復(fù)雜的內(nèi)部電池梯度對(duì)電池老化的影響，應(yīng)制造測(cè)試電池樣品，同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，以量化和比較熱管冷卻方法在相同的電池電負(fù)荷下與傳統(tǒng)的片冷卻方法的老化速率，以及外部冷卻條件。

4.2 基于微熱管陣列的鋰離子電池模塊熱管理系統(tǒng)[8]

作者提出了一種在高溫和低溫連續(xù)充放電循環(huán)期間提高電池模塊穩(wěn)定性和安全性的新方法，即在用于冷卻和加熱電池模塊的熱管理系統(tǒng)中使用微熱管陣列來提高電動(dòng)汽車電池組性能。在作者的研究中，計(jì)算在36A（2C）的恒定電流下充電-放電循環(huán)期間電池模塊的發(fā)熱。然后，計(jì)算冷凝器的冷卻面積并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。圖8所示為微熱管陣列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。每個(gè)微熱管中有許多內(nèi)部微槽（或微型翅片）以增強(qiáng)熱傳遞。在此設(shè)置中，即使1個(gè)管道損壞，其他獨(dú)立管道也能繼續(xù)正常工作。

圖8 微熱管陣列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)[8]

研究表明：新的基于微熱管陣列的電池模塊熱管理系統(tǒng)，根據(jù)微熱管陣列的有效導(dǎo)熱系數(shù)和傳輸特性，可以改變冷凝和蒸發(fā)的冷卻和加熱模式。此外，微熱管陣列的安裝緊湊而靈活。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電池在充放電循環(huán)中的理想效率，降低了高溫和低溫下的電池衰減，有效緩解了局部熱失控，大大提高了電池模塊的安全性能，提高了充電性能

（1）假設(shè)在2C充電-放電循環(huán)結(jié)束時(shí)電池模塊的平均溫度為40℃，計(jì)算模塊產(chǎn)生的熱量。然后獲得微熱管陣列冷凝部分的散熱面積。

（2）當(dāng)在密封條件下以1C和2C速率進(jìn)行充電-放電時(shí)，電池模塊的最終溫度為32℃和39℃。在2C循環(huán)結(jié)束時(shí)，溫度與假設(shè)溫度40℃相同，模塊溫度差控制在3℃以內(nèi)。

（3）在使用微熱管陣列加熱方法以改善低溫下的電池性能后，加熱后充電容量達(dá)到約16 Ah。在-30°C，加熱1 100秒后充電容量增加14.28 Ah，充電電壓升至3.2 V，電池溫差小于2°C。

5 結(jié)束語

鋰離子電池由于擁有高升功率、低的自放電、長(zhǎng)使用壽命、無記憶效應(yīng)等優(yōu)越的性能，被廣泛作為電動(dòng)汽車動(dòng)力源。但動(dòng)力電池的性能對(duì)溫度的反應(yīng)比較敏感，電池組性能與壽命受到電池自身溫度與電池組內(nèi)部溫度均勻性的影響較大。因此，在進(jìn)行電池模塊的設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮電池組的熱管理系統(tǒng)，以便對(duì)電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池進(jìn)行有效散熱，控制電池自身溫度以及電池組內(nèi)部溫度的均勻性。本文根據(jù)不同冷卻方式介紹了近兩年內(nèi)有關(guān)鋰離子電池?zé)峁芾淼男路椒ǎ扔斜容^傳統(tǒng)的空氣冷卻，也有比較創(chuàng)新、少見的相變材料冷卻、蒸發(fā)冷卻以及熱管冷卻，從而可以為新能源汽車電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)提供新的技術(shù)思路與方向。每種冷卻方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，由于效果、成本、重量等的限制，使得這些熱管理技術(shù)在現(xiàn)有的電動(dòng)汽車上廣泛應(yīng)用還有許多的制約與考量。隨著工藝、材料、技術(shù)的發(fā)展，不僅傳統(tǒng)的熱管理方式會(huì)有所突破，新的技術(shù)也會(huì)逐漸普及與應(yīng)用。