陈星+吴媛媛

摘 要：锂离子电池在很多方面的性能具有优点，因此其在电动汽车上得到了大量的运用。但如何将电池在使用过程中产生的大量热量散发出去是一个无法回避的问题。如果电池温升过高，不但会影响电池的使用性能和寿命，还可能引起安全问题。

关键词：电动汽车；锂电池；冷却仿真

动力电池按照其应用分为能量型电池与功率型电池两大类。能量型电池指以高能量密度为特点，主要用于高能量输出的蓄电池。功率型电池指以高功率密度为特点，主要用于瞬间高功率输出、输入的蓄电池。实际这两种电池并没有严格意义上区分开。

一、锂离子电池的优缺点分析

（一）动力锂离子电池的主要优点

第一，荷电保持能力强。当环境温度为（20±5）℃时，自放电率为（2%-10%）/月，长期使用经济性好；第二，电压高锂离子电池的单节电压为3.6v，而镍氢电池只有1.2v；第三，环境污染低。在锂离子电池中不含镉、铅和汞等有害物质，对环境较为友好；第四，安全性高。根据国家要求，车用锂离子电池应具有抗针刺、抗挤压、耐振动等特点；第五，体积小、重量轻、比能量高。通常锂离子电池的比能量可达镍镉电池的1.5倍以上，有利于设备小型轻量化。

（二）动力锂离子电池的主要缺点

第一，内部阻抗高。因为锂离子电池的电解液为有机溶剂，其电导率比镍镉电池、镍氢电池的水溶液电解液要低得多，所以其内部阻抗比镍镉、镍氢电池大很多；第二，必须有特殊的保护电路，以防止其过充；第三，成本高；第四，与普通电池的相容性差。

二、方形锂电池的热数学模型

在建立方形锂电池的热数学模型前，为了便于模型的建立，首先需要对电池做一定的假设与简化：第一，由于电池内部辐射对散热的影响很小，在建模时将其忽略。第二，电池的各种性能参数不随温度变化。第三，热量在电池内部的核心部分是均匀产生的。

式中kx、ky、kz分别是方形电池在长、宽、高方向的热导率，为电池单位体积的热生成率，P为电池的密度，c為电池的比热容，T为电池的温度，t为时间。边界条件为第三类边界条件，即已知电池表面的对流换热系数。

三、边界和初始条件

为了确定介质中的温度分布，必须求解相应的导热方程。不过这种解与介质边界上存在的物理条件有关，而且如果所讨论的情况随时间变化，则还与某一初始时间介质内部存在的条件有关。导热方程对时间是一阶的，给定的这个条件称为初始条件。关于边界条件，常见的有三类：第一类边界条件（狄里奇莉特条件）：规定沿导热物体边界上的温度值。即规定：第二类边界条件：规定边界上的换热状态。如表面上存在对流加热（或冷却）的情况。用数学表达式表示为：

四、散热肋片在锂电池散热结构中的应用

在电池单体表面添加散热肋片可以在一定程度上降低电池的最高温度，但是由于散热肋片对电池内部的影响相对于电池表面来说较小，使得电池在大电流放电时的温度不均匀性增加了。另外，在电动汽车上动力电池包的尺寸大小由于车上有效装载空间、车体质量平衡、与车架的装配关系等因素的影响不能做的很大，使得电池包中电池间的空隙很小，造成散热肋片的肋高在选择时受到了很大的限制，这也是在电池表面添加散热肋片的效果相对于另外一些电子元件（如电脑CPU等）来说不太明显的一个主要原因。

五、动力锂电池生热率对比分析

图1为整理的电池在不同倍率下放电的温升比较，表1为电池内外温差表。

由上面图表中我们可以看到，放电倍率不同时，电池的温升都不尽相同。放电倍率越大，电池的温升越高，电池内部最高温度和最低温度的差值也越大。在厂家建议放电倍率0.3C放电时，电池的温差为4K左右，尚处于可接受范围内；当1C放电时电池内的温差达到7K左右，单体电池的温差就能够达到7K左右，可以想象在电动汽车的电池包内大量的电池成组后这一数据将会变得更大，这对电池的使用和维护都是十分不利的。

六、结语

我国在电动汽车动力电池产业上虽然起步相较于一些发达国家来说较晚，在整车用动力电池系统方面还与国外有较大的差距。相信随着我们的努力以及科技的不断进步，我们在电动汽车领域能够取得更好的发展。

参考文献：

[1]张辉，李艳东，龙广，孙明，赵丽娜.一种电动汽车动力锂电池组状态监控系统设计[J].电源技术，2017（05）：711-713.endprint