結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對大型方形電池?zé)崽匦缘挠绊懯鞘裁?/h1>
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-01-04 16:40
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鋰離子電池的極耳形狀和位置對于電池內(nèi)的電流的分布、產(chǎn)熱和散熱都有著極其重要的影響，因此對于大尺寸鋰離子電池?zé)崽匦缘姆治鲞€需要考慮極耳的形狀和位置等特性。慕尼黑工業(yè)大學(xué)的Stephan Kosch等[3]利用二維電-熱極化模型對鋰離子電池極耳的形狀和位置對大尺寸鋰離子電池的熱特性的影響進(jìn)行了研究，電池模型如下圖所示。
為了提高鋰離子電池的能量密度減小極耳的尺寸，降低集流體的厚度時(shí)常用的方法，因此Stephan Kosch利用上述模型對下圖所示的四種接耳結(jié)構(gòu)和分布方式進(jìn)行了模擬，并分析了不同的集流體厚度（TCC1，負(fù)極=15um，正極=25um；TCC2，負(fù)極=10um，正極=17um和TCC3，負(fù)極=7.5um，正極=12.5um）對方形鋰離子電池?zé)崽匦缘挠绊懀?/div>
這極耳和不同厚度的銅箔的組合方式的方形鋰離子電池的溫度和能量密度特點(diǎn)如下表所示?？梢钥吹酵ㄟ^降低集流體的厚度，可以將電池的能量密度從134Wh/kg，提高到約147Wh/kg。
不同的集流體厚度的電池內(nèi)部DOD和溫度不均勻的模擬結(jié)果，從圖中可以看到極耳越窄、集流體越薄則DOD和溫度的不均勻性也就越大，這主要是受到極耳和集流體的歐姆阻抗增加的影響。
通過對比A1、A2和B1、B2（如下圖所示）的仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，把電池的正負(fù)極極耳放置在電池的兩側(cè)能夠明顯的減少電池DOD（降低約50%左右）和溫度的不均勻性。
大尺寸方形鋰離子電池在放電過程，特別是大電流放電過程中，由于電池極化和歐姆阻抗的作用會(huì)導(dǎo)致電池的內(nèi)部產(chǎn)熱極速增加，受到電池散熱邊界條件的影響，電池中間溫度升高要明顯快于電池邊緣部分，因此會(huì)在電池內(nèi)產(chǎn)生較大的溫度梯度，同時(shí)在垂直于電池極片的方向由于散熱受到電極極片自身的阻擋也存在明顯的溫度梯度，溫度梯度的存在會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)的電流分布和SoC狀態(tài)不均勻，從而導(dǎo)致鋰離子電池局部老化的加速，影響鋰離子電池的使用壽命。我們需要在電池組的熱控設(shè)計(jì)上對于方形鋰離子電池的特點(diǎn)予以考慮，減少大型鋰離子電池內(nèi)部的溫度梯度。在電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，我們注意到大性鋰離子電池極耳的尺寸、位置和厚度都對鋰離子電池內(nèi)的溫度梯度和SoC分布有顯著的影響，集流體變薄和極耳減小會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部的DOD差異和溫度差異增加，這也是需要我們在高比能電池設(shè)計(jì)中需要特別注意的，電池結(jié)構(gòu)調(diào)整能夠顯著的影響電池內(nèi)的不均勻性，例如將正負(fù)極極耳的位置調(diào)整到電池的兩側(cè)能夠有效的改善這種電池內(nèi)部的不均衡。大型鋰離子電池的電-熱過程是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，受到多種因素和邊界條件的影響，因此在電池組的熱管理設(shè)計(jì)時(shí)還需要我們進(jìn)行更多的針對性的研究。
