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非常规电池及热设计
本站 2019-01-19 次浏览
电池热管理除了在模组、系统层面去考虑，电芯设计层面也出现了一些新的设计，并有一些在系统层级小规模的应用，以解决目前动力电池实际应用的痛点问题。
本文主要与大家分享两个非常规的电池及其热设计，一个是自加热电池，另一个是中空电池。
我们知道,今年年初BMW与美国宾夕法尼亚州立大学及其附属企业EC Power签署了一项低温锂离子电池技术知识产权协议。该技术可以让锂离子电池在低温环境下自加热，从而实现电动车低温快速充电,提升电动车低温充电能力,同时可将电池在低温环境自加热到最佳的运行工作区间，我们来简单的了解一下该电芯的设计，以作为本文开始。说明一下,本文中关于自加热电池的信息来源于王朝阳博士及其团队网上公布的资料。
原理图（最早接触这个概念是在CIBF2016上）:
可以看到，在正负极片布置了Ni箔，采用了ACT温度切换开关装置，当检测的温度低于设定值温度时，开关闭合，形成自加热回路。一旦检测温度高于设定值温度，开关断开，切断内部自加热回路,可对电池进行充电操作。
自加热电芯及温度sensor:
外观上看，自加热电池与普通的软包电池，多出了个ACT引出端子，正极极耳居中，负极极耳偏向一侧,此布置方式对内部集流方面的影响，此处不讨论。
可以看出,自加热电池加热较快主要是因为产热来自其内嵌的可快速加热Ni箔,反应热的占比相对低一些。
我们通过热成像仪看一下其自加热的情况及加热速率，只需加热16S左右，电芯可以从零下20℃加热至0℃, 从而可实现电动车低温快速充电。关于自加热电池，就简单介绍这么多，顺便提一下， 2022年北京冬奥会，举办地之一的张家口（冬季平均气温零下10℃）可能会用到该类型的自加热电池，以解决电动汽车续驶问题,我们也可以关注一下。
说完了电芯自加热，再简单介绍一下中空圆柱电池，直接上示意图。
中空圆柱电池内部中空通道一方面能提高热管理效率，我们稍后从仿真图来看。另一方面也可以用来泄压。快速插接式电连接，可以快速进行串并联组合。至于其过流及连接可靠性，我们不讨论。还是回到热设计上来。
圆柱电芯导热通常采用柱坐标方式，导热系数分径向导热系数及法向导热系数，自然冷却情形下，竖直放置的电芯其径向温度梯度是对称的。
我们发现，中空通道内进行常温强迫风冷，亦能获得不错的冷却的效果，电芯内部温度均匀性亦有所改善，改善了原有内核高温的情形。
似乎方法总比问题多,好了，就简单分享这么多，就此打住，作为一个参考。