一种大型锂电池组的温控设计

邹 青，张 帆

0 前言

锂电池组在水下使用环境通常为密闭空间，当大功率放电时会释放大量热量[1-3]。大量热量堆积会导致电池组内部变得不稳定，因此需要对电池使用过程进行温度监控，使电池内部最高温度在可控范围[4]。

1 系统概述

本文使用的锂电池为锂亚硫酰氯（Li/SOCl2）电池，根据使用要求，锂电池使用时内部温度不得超过70℃，本文的温控设计就是为了寻找一种方案，能在电池的全寿命使用周期将放电温升控制在70℃以内。

图1 锂电池模块单元热控结构及内部电池平面分布图

锂电池组包含多个相同的电池模块单元截面，选取其中一个截面作为研究对象，电池模块单元热控结构如图1左所示。电池舱单层舱段由舱体、T型环肋以及舱内四个电池模块组成。每个电池模块内部结构为5个打孔隔板夹着4层锂单体电池，隔板整体固定由侧面的固定板连接。图1右为电池模块内部电池平面分布图。

2 温升情况摸底

通过仿真计算[5-7]，以电池模块单元的中心截面为基准，最终在4个截面上选取如图2中的测温点加装温度传感器。电池分为左上、右上、左下和右下四块，分别对应A、B、C、D四个测温模块，电池同时分为1、2、3和4层。如A-1-1表示左上电池的第1层对应的A模块测温点1。同时在电池舱内壁和外壁也加装一些温度传感器。

将该电池舱段密封后放入水中，以恒功率2 000 W放电，通过远程监控，发现在放电至8小时13分时，左上电池模块内部温度最先达到70℃，温升曲线如图3所示。

图2 基本型测温点分布

图3 温升曲线图

对比图3中可以发现，电池模块内部温度与电池舱壁及内部空气温度相差较大，达35℃，表明接触式被动热传导散热效果不理想。如何有效地降低模块内温与外部温度差成为解决热控设计的关键，下面引入风扇为电池内部主动降温，将热量排到密闭空间空气中。

3 加风扇温升情况摸底[8]

在电池模块蒙皮的相应位置开孔安装风扇和设置通风孔，上下模块的通风孔对齐，风扇及通风孔的位置如图4所示，风扇风向为向电池内部送风。

将该电池舱段密封后放入水中，以恒功率2 000 W放电。由于上电池模块正对风扇，此次下电池模块温升较快，整个试验过程历时21小时12分钟，电池放电进入末期，电池模块内部最高温度达到47℃，试验完成，温升曲线如图5所示。

图4 风扇及通风孔位置

从图5中可见，加入风扇后，电池模块散热加快，温升得到控制。

图5 加风扇温升曲线

4 几种热控方案对比

表1为2种热控方案的实际效果对比，从中可以发现，风冷方案有效地控制了电池模块内部的温升。

表1 几种热控方案对比

5 结束语

针对锂电池在使用过程中的发热问题，提出解决方案。经仿真计算，在电池模块部署一系列温度传感器监测电池温度。通过试验得出，大功率放电时，锂电池模块内部热量无法快速排出，需要借助风冷等主动散热措施。通过查看温度数据，选取每个模块在无风冷情况下的温度最高点作为监测对象，可以大大简化在后续应用场合的温控设计。

参考文献：

［1］刘景，葛红花，周国定，等.锂/亚硫酰氯电池的研究现状［J］.电池，2005，35（5）：408-410.

［2］黎红，杨林德.锂/亚硫酰氯电池的发展现状［J］.船电技术，2009，29（8）：57-60.

［3］杨中发，王庆杰，石斌，等.锂亚硫酰氯电池的高温性能研究［J］.电池，2013，43（4）：215-218.

［4］王艳峰，胡欲立，孟生，等.某型水下航行器电池舱段热过程CFD分析［J］.兵工学报，2012，33（4）：476-482.

［5］王艳峰，胡欲立，王家军.ER48660型锂/亚硫酰氯电池 热 分 析 ［J］.电 源 技 术 ， 2010， 34 （8）：809-811，831.

［6］张高胜，丁晓红，周吉.锂电池热特性及散热特性分析［J］.通信电源技术，2015，32（5）：20-22.

［7］潘宏斌，赵家宏，冯夏至，等.仿真分析技术在镍氢电池模组结构优化设计中的应用［J］.机械工程学报，2005，40（12）：58-61.

［8］刘庆伦.锂电池风冷电池组模块化结构设计［J］.科技资讯，2012（20）：89-89.