锂离子电池在应用进程中会遭到温度的影响。低温前提下，电池的电本能差，放出的比容量较低；高温前提下，电池的电本能好，但副反映增添，因而轮回寿命缩小；单体电池表面温度不均会致使电池表面浮现应力，使电池产生不成逆的摧残，低落模组的电本能。别的，过充电、过放电或短路等失当应用，会使锂离子电池温升过快，电池内部一系列副反映产生，终究大概致使热失控，浮现冒烟、生气以至爆炸局势，影响人身平安。
优秀的散热手艺是锂离子电池能够平安高效运用的须要保证。跟着锂电行业的进展，除罕用的风冷、液冷、相变冷却及三种冷却方法组合的复合冷却方法除外，还衍生出了其余一些冷却形态，如微流体冷却、液气相变冷却、喷雾冷却等，进而适应人们对散热手艺提议的更高请求。本文做家引见罕用的产热模子，解析电池的散热手艺进表示状，比拟不同散热手艺优缺陷，对锂离子电池散热手艺的运用停止预测。
1，产热模子
散热手艺的采取是由产热决议的，因而电池散热手艺的要紧题目是对电池形成的热量停止预估，产热猜测法子要紧包罗基于能量均衡、基于电化学反反应基于量热法等3种方法。
1.1基于能量均衡的产热猜测
锂离子电池在充放电进程中，因电池内部产生化学反映，放出洪量热，经过与热沉之间的彼此影响将热量耗散，使电池的温度保持在办事温度畛域内。式（1）为通用能量均衡方程，示意电池充放电进程中形成的热量（Qg）一部份积聚在电池自身（Q），另一部份经过热交流耗散在范围介质（Qd）。电池自身形成的热量Q可按照电池品质（mb）、比热容（Cb）和温升（ΔT）乘积推算。经过热交流耗散到电池外部的热量Qd包罗传导散热、对流落热和辐射散热等3部份，个中，辐射散热因散热功率微小在锂离子电池散热题目中通常被忽视。在该产热猜测法子中，对材料热物性参数的猎取是关键。
1.2基于电化学反映的产热猜测
电池产热的实质是电化学反映，因而还可从化学反映角度停止热量预算。对电化学反映的不同进程懂得越深入，所创设的模子越切确，但所需参数和推算量也会增大，因而电化学模子的进展由简略到繁杂，由繁杂再到简洁，浮现了实用于不同人群、不同须要的多种模子，罕用的有电化学模子、Bernadi平匀生热模子、伪二维电化学模子和电化学-热耦合模子等。
J.M.Sherfey等从电流分数、熵变及各个反映的过电势角度启程，创立了较为齐备的电化学模子。随后，G.Sidney等将参加电化学反映的反映物以焓变电压的形态引入该公式；H.F.Gibbard等将反映物消融时带来的热效应引入到公式中。
D.Bernardi等按照电池自身的办事旨趣，归纳思考可逆反映、相变进程、搀杂效反应焦耳产热，将电池的产热来历要紧分为4个部份：①欧姆热；②熵热；③相变热；④搀杂热，并别离创设了对应各部份热源的数学模子。这类切确的电化学模子可在锂离子电池的打算及考证阶段运用。相变热和搀杂热在大大都景况下占比微小，每每能够忽视，因而D.Bernadi将电化学模子停止简化。终究的电池产热模子只思考欧姆热和熵热，而且该模子将电池等效为平匀发烧体，如式（2）所示。可应用电池内阻进一步代替简化该公式，如式（3）所示。该公式第一项为欧姆热，为不成逆热，常为恰巧；第二项为反映热，为可逆热，可为负值。式（2）-（3）中，I为放电电流；R为电池内阻，囊括欧姆内阻和极化内阻；T为电池温度；U是开路电压，导数常觉得是熵的热系数；E是现实电压。
式（3）是工程中最罕用的热仿真模子，可经过电池出厂参数或熟练测得电池内阻及熵热系数，也可经过数据锻炼的方法，在不同荷电形态（SOC）、温度和放电倍率估测电池的欧姆内阻和极化内阻。该模子所需参数少，精度也可知足通常工程的须要。式（3）在现实运用中运用了一些假定前提，如将电池温度T设为常数，忽视R在不同温度下的转变，应用电池集体的平匀开路电压取代开路电压等，因而该模子推算出的产热会与现实景况有较大不同。
L.Rao等应用法拉第定律优化了式（2）中开路电压对热推算引发的较大过失，提议了基于多孔电极理论的部分产热模子。部分产热不单辨别了欧姆热和极化热，还将正极、负极和隔阂处的反映区隔开来，可推算每一部份的产热。
部分产热模子是一维模子，只在电极厚度方位上做积分，忽视了Li+分散、相变及电解液中浓度梯度的影响。在后续的研讨中，M.Doyle等基于Fick分散定律、浓溶液理论和Butler-Volmer电化学反映动力学方程，形容了Li+在单体正负极固相电极颗粒的脱嵌进程、Li+投入电解液中的分散进程以及球形颗粒表面与电解液反映的电化学进程，在部分产热模子上引入了沿电极方位的分散公式，创设了锂离子电池伪二维电化学数值模子。该模子须要材料参数、电池SOC平和衡电位等较多参数。
结尾，电化学-热耦合模子以电化学模子为基本，同时耦合了温度场，该模子思考了锂离子电池在充放电进程中温度场的影响，可赢得更吻合现实的产热推算了局，因而电化学模子常与2D/3D电池散热模子耦合，经过2D/3D模子推算物体的现实温度散布批改1D模子中的温度配置。
1.3基于量热法的产热猜测
量热法是一种直接衡量被测物形成热量的法子，经过创做形似于抱负绝热处境，对被衡量物及范围空气介质的温度转变景况停止衡量和遏制，并经过配置内部集成的算法赢得被测物产热量。量热法分为等温衡量法和非等温衡量法。
在等温衡量法中，量热仪吸取被测物所形成的热量，并保持被测物办事在设定温度值；在非等温衡量法中，量热仪测定被测物范围的空气介质被加热的温升景况。两种衡量法子均与电池现实运用存在肯定不同。在现实办事中，跟着充放电的停止，锂离子电池陆续产热，再与范围空气介质停止换热。由于电池在不同温度下体现出的本能不同，量热法与锂离子电池的的确办事形态有不同。在等温衡量法中，电池办事保持在统一温度，而锂离子电池现实办事温度是动态转变的；非等温法则因配置原由统制了电池散热，高于电池现实办事温度。因而这两种法子的采取，要连接锂离子电池自身本能对温度的敏锐性和现实办事的温升景况来停止。
2，散热手艺
罕用的散热权谋有风冷、液冷和相变冷却等。风冷和液冷欺诈介质的崎岖性，将热量耗散，因而可基于流体创设方程。相变材料（PCM）在相变进程中温度稳固，但能吸取或释放洪量潜热，因而数学方程包罗两相材料的建模。由于题目的繁杂性，相变材料通常应用数值解法求解，罕用的数值解法是界面跟踪法和牢固网格法，前者须要时刻跟踪固液相变界面，不实用于多相变地区等繁杂景况题目的求解，后者将不同相形态的地区做为集体求解，求解法子较为灵便，便于扩充到多维、多地区界面题目。牢固网格法包罗显热容法和焓法，个中焓法是今朝相变材料仿真较为罕用的法子。
2.1风冷
风冷是一种欺诈配置范围空气与配置停止换热的冷却权谋，成本低，无需增加过量的配置，在升高电池系统的能量密度方面具备较大上风。风冷相较于液冷、相变冷却，散热技能低、散热成就差，难以束缚锂离子电池容量、倍率本能晋升后带来的产热功率大的题目。晋升风冷成就的研讨今朝要紧从机关参数、流场散布以及遏制计谋等方面停止。
在风冷机关打算中，常经过优化风道打算、转变电池胪列及增加散热安设革新冷却成就。罕用的风道机关有串行结媾和并行机关，如图1所示。
图1电池模组流道串行和并行机关图串行机关简略，崎岖阻力较大，空气介质在崎岖进程中一直被加热，终究大概致使散热做废的题目，但可经过配置两个流向相悖或多个流向不同的流道防止这一题目，且有多种机关形态可选。K.Chen等经过配置对称流道机关，将模组内的最大温差低落了43%，同时将能耗低落了33%。并行机关繁杂，占用空间大，可经过转变流道进风角度、出风角度和预留的流道尺寸调度散热成就。并行机关由于保证了各流道进口处的初温形似相等，散热平匀性较好。袁征等觉察，当进风速率为15m/s、进风口歪斜角度为8°，且电池间距雷同时，可将最高温度低落11.8%。在风道机关打算的基本上，转变电池排布方法可影响部分空气的崎岖性质。当空气崎岖进程中浮现漩涡时，会加快热量通报进程，进而坚固散热成就。在预留空气流道时，由于排布不敷紧凑，对安置及振荡本能提议了更高的请求，此时可经过增加散热片升高安设紧凑性和散热本能。散热片与电池单体之间还可填充导热硅脂及其余高本能散热材料以坚固机关紧凑性和散热成就。
在风冷机关断定后，仍需进一步坚固冷却成就时，除升高空气自身流速外，还可调度处境温度来完结憧憬的冷却成就。这类方法通常用于密闭空间，如电动汽车、大型熟练室等。
风冷的遏制计谋可完结在雷同的风道机关前提下对温度的优化遏制，法子主如果往返流和分时流两种方法，即转变气流崎岖方位和进气机缘进而遏制最大温升和最大温差。贾骥业等觉察在往返流遏制计谋中革新散热成就的影响由高到低挨次为：来流速率、冷却空气温度和往返流周期。
2.2液冷
液冷是一种应用液体做为导热介质停止冷却的热经管方法。与空气比拟，液体的比热容大、取舍面广，囊括制冷剂、冷却剂和纳米流体等，因而通常能赢得较中意的冷却成就，如矿物油在平等前提下的散热成就是空气的4倍。液冷可按照是不是外加泵源，分为自动冷却和被迫冷却；按照运用形态分为直接式冷却（浸泡式冷却）和非直接式冷却（连接冷板/散热管的冷却）。液冷在使历时要充足思考机关的平安性，防止导热介质透露大概带来的电池短路、电池热滥用等题目。
冷板是最常应用的液冷方法。冷板中打算有流道机关，冷板安顿地方、流体流速、温度和管道配置等要素，均会影响散热成就。曾俊雄等以制冷剂做为冷板散热介质，与平常液冷比拟，电芯温度低落了约16%，同时，最大温差由4℃革新至3℃。沈姗姗等打算了回形、螺旋形和树形等3种流道机关，在10C放电倍率下，树形流道机关将最高温度低落11.7%，最大温差低落43.5%，且流阻和耗损水泵功耗最小。冷板通常安顿在模组下端，纯真安顿冷板会形成冷板与电池模组之间的磨损，工程上还要思考增加硅胶等以升高光滑性。
浸泡式冷却为罕用的被迫冷却权谋。将电池模组浸泡在绝缘性优秀的去离子水、硅基油或矿物资油中，既能保证绝缘本能，又能保证冷却本能。在运历时，电池模组若处于挪动配置中，采纳浸泡式冷却轻易产生透露题目，因而浸泡式冷却偶尔运用于电池模组中，更多用于机关不法则且基本不需挪动的大型配置中。浸泡式冷却品质大，还会低落电池自身的能量密度。分立浸泡冷却针对每个电池打算散热机关，尽管可加重液体品质，但由于液体崎岖性较差，致使散热成就并不睬想。
跟着散热功率须要的晋升，微流体冷却发端运用于锂离子电池畛域。微流体冷倒是在宏观尺寸下遏制、操纵和探测繁杂流体完结高效散热的手艺，所需流量和功耗低，具备集成度高、体积小及品质轻的特色，散热系数可达W/cm2，具备运用于电池内部冷却的前程。微流体的冷却成就受流道表率、表面粗拙度、液体增加剂及流体雷诺数等要素的影响，因而停止散热成就优化时多从这几方面停止。
2.3相变冷却
相变材料是一种在相变进程中保持温度稳固或转变畛域很小，却能吸取或释放洪量潜热的物资。相变冷倒是一种冷却成就较好的被迫冷却方法。相变材料除了用做散热材料外，由于潜热和比热容较大，还罕用做储能材料。在雷同发烧功率前提下，相变冷却的成就优于风冷。相变材料运用的相变进程包罗液气相变和固液相变。由于相变材料及运用形态可选畛域多，散热成就上限高于液冷。罕用相变材料是白腊（固态），相变温度在40℃左右，且无毒无害、成本廉价，但白腊导热系数不高，轻易形成与热源较近的材料处于融解形态，而外部材料处于固态的处境，没法实用于快捷产热的景况，通常需填充品质轻、导热系数大的铝泡沫等金属骨架或膨胀石墨等材料，以晋升导热系数。其余可运用于锂离子电池畛域的相变材料，还囊括低熔点的无机水合盐，如氯化钙和硫酸钠等。
相较于须要连接流道机关的液冷，相变冷却运历通常将电池模组浸泡在相变材估中，束缚了圆柱形电池散热打算时热通报界面小的题目。相变冷却可知足圆柱形、方形和软包装等百般表率电池的冷却须要，但运用于挪动配置时，电池模组的安置方位会对相变材料的本能形成影响。
相较于进展较老练的固液相变，液气相变运用于锂离子电池畛域的起步较晚。液氨和丙烷等做为冷却介质，在低倍率放电时可较好地遏制最高温升和温差。今朝，应用冷却剂的大容积沸腾和逼迫对流沸腾形态的散热研讨一日千里。Y.F.Wang等觉察，应用HFE-电子氟化液的逼迫对流沸腾停止散热，可在5C放电前提下将温差遏制在4℃之内。
热管是一种欺诈热管中介质产生相变，将热量从导热端通报到散热端的冷却方法。导热端将热量从电池内部迁徙到热管中，跟着热管内部产生的相变进程，热量从导热端移至散热端。散热端可与风冷、液冷等方法连接，进而高效地散热。热管自身段积小，与电池的来往面积小，因而散热时须要的数目较多，安置和牢固办事繁杂，给后续的保护办事带来了艰苦。
2.4复合冷却
复合冷却同时应用多种冷却手艺，常将自动冷却和被迫冷却连接，将保守冷却手艺和新式冷却手艺连接，来升高冷却成就，同时低落能耗。采纳多种复合冷却权谋带来的题目是机关附件增添和总品质整体积增大。
相变材料储能技能大，散热技能稍微不够，常连接风冷或液冷方法升高相变材料潜热。吴学红等将液冷和相变冷却连接，完结最大温差节减75%。J.H.Cao等打算了一种相邻通道流向相悖的三通道流道，连接延时液冷计谋对相变材料停止散热，完结4C放电倍率下温差小于5℃。
喷雾冷却、液滴辐射散热、半导体冷却等新式冷却方法每每连接老练的冷却手艺应用。如S.R.Lei等连接相变材料、热管、散热翅片以及喷雾冷却多种方法，对电池停止快捷降温。
今朝，新式冷却在运用于锂离子电池畛域时的可拓展性较差。如在更大要积的电池模组中，喷雾冷却中喷嘴的尺寸、地方和流量打算等须要从头思考；与新式冷却手艺合营的散热翅片的选型和安置地方，也要按照不同运用途景停止打算。新式冷却手艺的运用理论尚不行熟，须要更多熟练摸索。
3论断与预测
本文做家综述了罕用的产热模子和产热猜测法子，以及频年来锂离子电池散热手艺的研讨。较为罕见的风冷、液冷和相变冷却方法，除了却构参数的优化研讨外，慢慢浮现了遏制计谋的研讨，如对液体流向的遏制、进气时候的遏制等，但今朝的研讨尚不行系统。喷雾冷却、液气相变冷却等在锂离子电池畛域尚处于摸索阶段，机关打算方面尚有不尽正当，要延续优化机关打算的正当性和紧凑性，保证冷却成就的不乱性。
锂离子电池正在向高能量密度、高功率密度方位进展，与此同时，电池体积增大、产热功率增添、单体电池表面温度不平匀性更为显著，因而，有3个较为关键的题目值得重视：研讨单体电池的温度散布景况，须要针对单体电池打算均仁慈散热机关；电池的危险性增添，要充足考证散热手艺的做废极限，晋升现实运历时的平安性；电池产热功率增添，刹时温升较大，要思考散热手艺的快捷反应技能，而且在肯定水平上分身统制电芯热失控成效。
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