結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對大型方形電池?zé)崽匦缘挠绊懹心男?/h1>
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-09-17 11:05
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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。
利用該模型對鋰離子電池的熱特性進(jìn)行仿真的結(jié)果（右側(cè)）與實(shí)驗(yàn)結(jié)果（左側(cè)）進(jìn)行對比（4C放電），可以看到仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合的非常好。
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>
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。
