动力电池散热的目的及意义

不管是混合动力汽车， 还是电动汽车， 动力电池都是其核心组件。 从早期的 铅酸电池， 到后来的镍氢电池， 再到后来的锂离子电池， 车用动力电池也走过了 漫长的过程。 锂离子电池作为目前电动汽车使用的主要动力电池类型， 其性能、 寿 命、 成本、 安全性等对电动汽车的发展有非常重大的影响。 国内外针对动力电池都 投入了大量的人力、 物力和财力进行研究。 在新能源汽车的发展战略中， 世界各国 都依据自己的评估作了不同的选择， 对相关电池技术的研发及推广采取了不同的扶 持策略。 在常用的三种车载电池中， 铅酸电池由于会造成严重的环境污染， 早已退 出主流应用; 镍氢电池虽然是目前商用化的主流， 但其主要指标的实验室测试数据 均低于锂电池， 且理论上基本不存在提升空间， 同时又由于存在 “记忆效应”， 即 电池在循环充放电过程中容量会出现衰减而过度充电或放电， 可能加剧电池的容量 损耗; 锂电池尽管性能优越， 然而安全性尚不能得到保证， 且相对较高的成本也阻碍了其商用化进程。 另一方面， 国家工信部、 发改委等部门联合发布的 《促进汽车 动力电池产业发展行动方案》 提出了 “到 2020 年， 新型锂离子动力电池单体比能 量超过300W·h/kg; 系统比能量力争达到260W·h/kg、 成本降至1元/W·h以 下， 使用环境达-30~55°C， 可具备3C充电能力。 到2025年， 新体系动力电池技 术取得突破性进展， 单体比能量达500W·h/kg。” 的发展目标， 这对锂电技术进一 步发展与在电动汽车上的应用提出了更高的要求。

动力电池的成本、 性能和寿命在很大程度上决定了电动汽车的成本和可靠 性， 所以任何影响到电池的参数都需要优化， 其中动力电池自身温度高低和内部 温度均匀性对其性能和寿命影响很大。 较高的温度会加速其化学反应， 从而对电 池结构产生永久性的破坏， 此外， 高温不但会损坏极板， 而且容易导致过充电现 象， 严重影响电池的使用寿命。 有研究表明: 在 45°C 环境温度下工作时， 电池 的循环次数减少近60%， 当高倍率充电时， 温度上升5°C， 电池寿命将减半; 还 有学者提出电池单体需要诸如阻燃电池套、 爆炸盘等额外的保护措施， 以防止电 池产生极端危害。

不同种类电池具有不同的最佳工作温度范围， 例如铅酸电池的最佳温度范围 为25 ~45°C; 镍氢电池为20 ~50°C; 锂电池为20 ~30°C。 受环境温度变化、 导 热条件不佳等因素限制， 电池的实际工作温度常常会超出上述范围， 比如混合动 力电动汽车使用时， 环境温度的变化范围可达到30~60°C。 动力电池的大型化使 得其表面积与体积之比相对减小， 电池内部热量不易散出， 更可能出现内部温度 不均、 局部温升过高等问题， 从而进一步加速电池衰减， 缩减电池寿命， 增加用 户的总拥有成本。

电动汽车在行驶过程中， 动力电池放电电流波动起伏。 汽车在起动、 加速等 情况下， 电流变化较大且产热不均衡。 电池模块内部的温度均匀性是影响电池组 性能的重要因素， 不同模块之间的温度差异过大， 会加剧电池内阻和容量的不一 致性。 如果长时间积累， 会造成部分电池过充电或者过放电现象， 进而影响电池 的寿命与性能， 并造成安全隐患。 因此， 对于动力电池来说， 仅仅依靠电池单体 配方调整不能解决所有问题， 设计时必须考虑安装冷却系统， 对电动汽车动力电 池进行有效散热。 综上所述， 适宜的工作温度是电池良好性能发挥的前提。 因 此， 开发一种行之有效的电池散热系统， 设计一种稳定、 高效的电池包散热结构 形式对于提高电池包整体性能具有重要意义。