锂离子电池组冷却技术研究进展

薛龙

摘要：电池组热管理系统是保障锂离子电池组高效、安全运转的关键，伴随锂离子电池在电动汽车以及其他电力领域的应用不断扩展，锂离子电池组的散热问题逐渐凸显，因此文章针对影响锂离子电池组性能的关键方面——散热冷却技术进行系统化分析，介绍了传统冷却技术结构研究与改进以及最新冷却技术等。

关键词：锂离子电池组；冷却；技术；温度

1 传统冷却技术结构研究与改进

电动汽车电池系统常用的散热方式包括主动式及被动式冷却，依据电池组散热方式受外界干扰程度而分，其中，主动式冷却基本不受外界环境条件影响，可依据实际散热需求进行有效的散热；被动式冷却则受环境条件影响较大，目前常采用的散热方式包括空气冷却、液体冷却和相变材料冷却等三大类。

传统冷却技术中，风冷式散热技术最为普遍，但在恶劣环境下，其散热效能难以满足实际需求，而液体冷却技术以其较高的热传导率、较优的对流换热系数逐渐得到广泛关注。目前液体冷却结构日益多样化，包括直接接触与间接接触两种方式，直接接触冷却方式对于冷却液体的绝缘性要求较高，如矿物油等，通过冷却液与电池模组的直接接触可实现均匀性散热，但冷却液的黏度一般较大；间接接触冷却方式可采用导热性能较好的介质如乙二醇等，通过冷板与电池模组隔开，冷板起到热量传输作用，换热效率相对提升，但同时散热结构也更加复杂。图1为电池与冷却管间接接触液冷结构图，锂离子电池间插有金属导热材料。

2 新型冷却技术

在研究传统冷却技术的基础之上，目前技术人员正在大力开展对新型冷却技术的研究，以不断提升电池组系统散热性能以及效率，促进电动汽车行业的发展。新型冷却技术主要包括以下几方面。

2.1 热管冷却技术

热管冷却技术利用低沸点相变介质，将热管置于电池组表面，在电池组充放电过程中产生的热量将由热管中相变介质吸收后，立即气化至热管另一端，冷凝后形成液体，再返回至热端，循环带走热管热端热量，从而降低电池组热量。热管中需做抽真空处理，可降低相变介质沸点，更易实现热端蒸发与冷锻冷凝，因此，该方法具有高效、热阻低的优势。

目前热管在应用中存在不同的形式，如将L型热管热端及冷端分别置于锂离子电池及翅片基体中，一方面，可吸收电池组余热，另一方面冷凝端翅片具有较大的换热面积，可提升冷凝换热效果；设计专用于圆柱形锂离子电池的波纹式散热片，利用L型热管带走电池模块热量。

2.2 PCM冷却技术

PCM冷却技术采用的介质为石蜡、脂肪酸、水合盐等固态PCM介质，将其填充于电池周围，利用固液相变过程吸收大量热量，且保持自身温度不变，可达到降温的目的，有利于保证电池组安全高效运行。目前对于PCM冷却技术的研究也较多。对有/无PCM（石蜡）冷却条件下的电池组模块进行放电温度曲线分析表明：PCM冷却中电池模块降温幅度可维持较低范围，能够确保电池组温度的一致性，然而PCM介质的热导率较低，在吸热过程结束后的潜热恢复过程中降温缓慢，需开展提升PCM热导率的研究。

研究表明，在PCM中增加高导热材料，可增加PCM导热系数，泡沫铜PCM冷却效果较优，可改善PCM冷却效果，实现对电池组温度的有效控制，避免温度过高影响电池模组安全稳定运转。

2.3 基于PCM的耦合冷却技术

考虑到传统冷却技术与新型冷却技术具有各自的优势与特点，可考虑利用耦合技术将传统冷却技术与新兴冷却技术的优势进行有效的结合，基于PCM的耦合冷却技术被提出。

基于PCM的耦合冷却技术利用PCM介

质或热管吸收电池组热端热量，然后通过传统冷却技术实现吸热量的耗散，耦合冷却技术可采用风冷/水冷与PCM技术结合的形式，以提升热量耗散速度。

下图2所示为PCM与风冷耦合结构图，电池组热量通过PCM介质吸收，然后通过强制通风翅片形式实现热量的快速耗散，实现更优的冷却性能。

3 实验结论

锂离子电池组冷却技术是保障锂离子电池成组后性能发挥与安全工作的关键技术。传统冷却技术逐渐面临各种问题，因此技术人员正在对各类新型冷却技术进行研究。將PCM或热管与风冷或液冷等主动冷却方式耦合使用，可发挥PCM、热管冷却的优势，并有效降低电池组温差，大幅简化了系统流道，增强了系统可靠性。

参考文献：

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