同種蓄電池之間各方面的差異

同種蓄電池不同溫度條件下熱耗率比較

　　同一種蓄電池在不同溫度下熱耗率(每產(chǎn)生1kW h的電能所消耗的熱量)是不一樣的，這是因?yàn)殡姵貎?nèi)部的化學(xué)反應(yīng)與溫度密切相關(guān)。環(huán)境溫度對(duì)蓄電池性能是很有影響的。周?chē)h(huán)境溫度較低，蓄電池運(yùn)行時(shí)會(huì)自身反應(yīng)產(chǎn)生的熱量較多。在蓄電池正常運(yùn)行溫度范圍內(nèi)，環(huán)境溫度越高蓄電池自身產(chǎn)生的熱量相對(duì)越少，所消耗的化學(xué)能越少，效率較高。這是因?yàn)樾铍姵嘏c周?chē)h(huán)境存在著熱交換。熱管理就應(yīng)該保證蓄電池在自己的最佳運(yùn)行溫度范圍環(huán)境中運(yùn)行以提高蓄電池效率，同時(shí)保證所有蓄電池周?chē)\(yùn)行溫度環(huán)境的一致性以確保所有蓄電池的運(yùn)行狀況一致。

　　同類(lèi)型蓄電池不同形狀的比較

　　長(zhǎng)方形蓄電池一般是疊壓型，圓柱形蓄電池是卷繞型。它們的封裝方式各不一樣，熱特性由于結(jié)構(gòu)不同存在相應(yīng)差異。不同大小形狀的圓柱與長(zhǎng)方形蓄電池的熱分布是不相同的。由于散熱表面積大小不同，蓄電池內(nèi)部的熱梯度也不同。

　　鑒于形狀不同的圓柱形鋰離子蓄電池溫度場(chǎng)比較更加直觀，我們分析同類(lèi)型不同半徑 、不同大小容量的圓柱形蓄電池在同一車(chē)輛行駛狀態(tài)下的內(nèi)部溫度場(chǎng)。這里兩個(gè)20Ah的蓄電池并聯(lián)就相當(dāng)于一個(gè)40Ah的蓄電池。
可以看出40Ah蓄電池內(nèi)部有17℃的內(nèi)部溫差和16%的電流密度不均衡。而兩個(gè)20Ah蓄電池并聯(lián)的同等容量蓄電池組，單體電池內(nèi)部只有10℃的溫差和6%的電流密度差。大容量電池溫度梯度更大，這主要是由于電池的散熱表面積比例相對(duì)減少而造成的。并且實(shí)驗(yàn)分析得出并聯(lián)的兩個(gè)20Ah蓄電池比一個(gè)40Ah的蓄電池使用壽命要長(zhǎng)。這就說(shuō)明了應(yīng)用小容量蓄電池的部分優(yōu)勢(shì)。

　　同種蓄電池不同模塊化方式的比較

　　蓄電池包有時(shí)是由許多單體電池組成的蓄電池模塊組成的。單體電池的熱特性各不相同，在它們組成蓄電池模塊后，由于組合數(shù)量，排列方式以及封裝方式不同蓄電池模塊的熱特性也差異很大。因此我們?cè)谶x取恰當(dāng)單體電池的同時(shí)還要考慮組成模塊的方式、單體電池?cái)?shù)量、電池?cái)[放排列和封裝方式等。

　　我們對(duì)一組生熱量較小的用于EV的力神棱柱形液態(tài)鋰離子蓄電池組在無(wú)通風(fēng)狀態(tài)下的溫度場(chǎng)進(jìn)行仿真熱分析。模擬滿充電池在1C恒流放電至截止電壓狀態(tài)下的蓄電池組(模塊)溫升情況。

　　實(shí)際上蓄電池成組密集擺放，四周與中心的散熱條件不同。各個(gè)蓄電池表面散熱邊界條件不同，從而造成整體存在溫差，即中間產(chǎn)生熱量集聚溫度高，邊緣溫度低的現(xiàn)象。

　　少量單體電池組成蓄電池模塊后，溫度不均衡相對(duì)較小。組成模塊的單體電池?cái)?shù)量越大，熱量集聚的現(xiàn)象越明顯。當(dāng)大量單體電池密集擺放就會(huì)出現(xiàn)較大的溫度不均勻性，蓄電池包內(nèi)蓄電池模塊內(nèi)單體電池溫差就會(huì)越大，有45℃之大。而少量單體電池組成蓄電池模塊密集擺放在一起，溫差只有1℃左右。

　　此類(lèi)蓄電池屬于發(fā)熱量較小的應(yīng)用于EV的小容量蓄電池，并且是在發(fā)熱量較小的車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)下沒(méi)有采取強(qiáng)制冷卻的蓄電池模塊。實(shí)際車(chē)輛行駛中蓄電池運(yùn)行情況復(fù)雜，發(fā)熱量大幅增加。對(duì)于發(fā)熱量較大的應(yīng)用于PHEV的大容量蓄電池，單體電池電流較大，生熱率更高，密集擺放后造成的溫度不均衡現(xiàn)象就會(huì)更加明顯。模塊間，單體電池間的溫差將會(huì)加大。嚴(yán)重影響蓄電池的一致性，同時(shí)還造成安全隱患，這使得蓄電池模塊整體性能大幅降低。這時(shí)就必須進(jìn)行有效的蓄電池模塊熱管理，采取風(fēng)冷和液冷，必要時(shí)還要采取性能更佳的相變材料作為傳熱介質(zhì)來(lái)進(jìn)行熱管理。因此我們?cè)谶x取合理的單體電池類(lèi)型后還要根據(jù)蓄電池特性選取恰當(dāng)?shù)哪K化方式，選取合適的單體電池?cái)?shù)量、擺放排列方式以及模塊封裝方式等。

　　蓄電池包應(yīng)該合理設(shè)計(jì)才能發(fā)揮出蓄電池的最佳性能，還要考慮到機(jī)械，包裝，電，熱，安全，監(jiān)測(cè)和控制多方面以及與車(chē)輛其它部分的接口等問(wèn)題。我們?cè)谶x取蓄電池時(shí)，就應(yīng)該充分考慮到選取合適的類(lèi)型、恰當(dāng)?shù)哪K化模式、合適的排列擺放以及封裝方式。我們可以看出蓄電池的選取對(duì)蓄電池包的性能有很大的影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致蓄電池包的性能下降、成本升高、并且具有安全隱患等。同時(shí)也迫切需要蓄電池制造商的協(xié)同努力，制造出最適用于電動(dòng)汽車(chē)使用的蓄電池。

同種蓄電池之間各方面的差異