【铂纳特斯•技术π】大尺寸方形锂离子电池热特性分析与仿真

高工锂电 · 公众号 · · 2017-07-10 18:47

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英国华威大学的Thomas Grandjean等针对大容量的方形锂离子电池进行了研究，Thomas Grandjean发现随着锂离子电池尺寸的增大，电池内极片层数增加，电池的散热受到一定的阻碍，因此会在电池内部垂直于极片的方向和水平方向存在一定的温度梯度，这也会为电池组的热管理系统带来不小的挑战。

为了了解大尺寸方形锂离子电池的热特性，Thomas Grandjean针对商用20Ah方形LFP电池在不同的放电倍率下，电池内的温度梯度分布进行了详细的研究，研究发现环境温度和电池的放电电流都对电池的温度都有密切的关系，下表详细介绍了在不同的放电电流和环境温度下电池的温升。从下列数据可以看出，环境温度越低，放电倍率越大则温升越大。

在锂离子电池内部电流分布和散热受到电池结构、极耳的形状和位置等因素的影响，因此放电过程中，电池不同部分的温度变化也存在很大的不均匀性。电池不同部分的温升图如下图所示，从温升分布来看，在较大的放电倍率下电池内的温度分布是极不均匀的，电池中间部分温度要远高于其他部分，极耳部分则在大多数条件下温度都是最低的（主要是与导线连接带走了部分热量），但是在10C倍率下由于Al极耳自身产热较大，导致其温度较高。

由于受到极片热导率较小的影响，在垂直电池方向上Thomas Grandjean发现电池也存在着较大的温度梯度，并且这一温度梯度受到电池放电倍率很大的影响，如下图所示，在10C的大倍率下电池两侧表面的温度差值可达到20℃左右，随着电流的下降，温度梯度逐渐降低。温度梯度的存在会导致电池在使用过程中电流分布和SoC的不均匀，导致局部老化加速，进而影响电池的使用寿命。