為什么電池會變熱？我們需要電池?zé)峁芾?/p>

電池發(fā)熱通常來自鋰離子移除或插入電池過程中的阻抗引起的化學(xué)反應(yīng)熱和焦耳熱，或者來自電池被動平衡過程中熱量消耗的不平衡能量，以及電池組中電子設(shè)備和熱管理系統(tǒng)運行產(chǎn)生的熱。在電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計中，電池發(fā)熱對電子設(shè)備的影響不容忽視。如果沒有考慮電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)等適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施，或者如果沒有為這些電子設(shè)備找到適當(dāng)?shù)奈恢茫敲催@些加熱的電子設(shè)備可能會對電池壽命產(chǎn)生不利影響。

 

 

此外，高放電率導(dǎo)致電池內(nèi)部產(chǎn)生更高的熱量，因此電池變熱。如果經(jīng)常以較高的放電速率放電，則電池間隔時間短，沒有足夠的冷卻時間，電池溫度會逐漸升高；同時，熱管理系統(tǒng)沒有足夠的時間來調(diào)動冷卻系統(tǒng)來降低電池溫度。階梯效應(yīng)可以很好地類比；當(dāng)你踩下油門時，電池會迅速放電。當(dāng)電池繼續(xù)充電和放電時，電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)沒有時間從上次放電開始冷卻電池，導(dǎo)致電池溫度穩(wěn)步升高。

例如，傳統(tǒng)的混合動力電動車輛的電池將在行駛期間持續(xù)放電，然后立即再次開始充電，從而在充電和放電循環(huán)之后，電池可能沒有時間在開始新的循環(huán)之前冷卻。這樣，電池組的溫度將緩慢而持續(xù)地升高。如果允許電池在一定時間內(nèi)停止使用，冷卻系統(tǒng)可以將電池溫度降至其正常工作溫度范圍。圖10.3顯示了該操作模式下電池溫度的增加。雖然這不是實際的性能數(shù)據(jù)，但在類似的應(yīng)用中，這種發(fā)熱模型是可以預(yù)期的。

 

如果電池變熱，會不會壞？電池?zé)峁芾淼谋匾?/p>

為了最大限度地提高鋰離子電池的性能，它們需要在使用周期內(nèi)保持在23至25℃。然而，在運行過程中，電池會經(jīng)歷一個放熱過程——電池內(nèi)部發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng)和電池內(nèi)阻，導(dǎo)致電池發(fā)熱。無論是放熱過程還是高環(huán)境溫度，電池組設(shè)計必須具有電池?zé)峁芾?，以冷卻電池溫度，以保持其適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟确秶?，從而確保電池系統(tǒng)的性能和壽命。

如果溫度達到30至35℃或更高，則必須使用電池?zé)峁芾韥矸乐闺姵爻掷m(xù)變熱，并降低溫度，以確保電池壽命和性能，避免電池故障。在較高溫度下工作，細(xì)胞會因加速老化而失去壽命。

 

汽車電池發(fā)熱的一個實際例子：

這里有一個實際的例子，讓我們更直觀地了解電池?zé)峁芾淼闹匾浴?012年，一群亞利桑那州的日產(chǎn)車主抱怨他們的汽車在短時間內(nèi)出現(xiàn)了問題，從續(xù)航里程短到電池快速老化。投訴并不多，但足以引起全國媒體對日產(chǎn)和電動汽車行業(yè)的關(guān)注。

事實上，日產(chǎn)汽車對這些車輛的系統(tǒng)評估表明，那些容量衰減的車輛的里程數(shù)高于平均里程數(shù)，而且這些車主經(jīng)常給他們的汽車充電。根據(jù)制造商的規(guī)范，電池通常額定為平均性能，但持續(xù)高溫和極端操作條件會加速電池容量的下降，導(dǎo)致續(xù)航里程縮短。盡管這些日產(chǎn)汽車的用戶手冊中規(guī)定了電池溫度的預(yù)防措施，例如車輛不應(yīng)暴露在高于49℃的溫度下超過24小時；車輛放置在溫度低于-25℃的環(huán)境中的時間不得超過7天。

 

 

日產(chǎn)的電池組由AESC設(shè)計，沒有主動電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。相反，它使用金屬模塊和電池包裝來傳遞熱量。這意味著沒有辦法加快冷卻速度以應(yīng)對在更熱的環(huán)境中或在頻繁快速排放條件下的高連續(xù)加熱速度。雖然金屬包裝更便宜，更容易上市，但這樣的設(shè)計使電池組熱管理系統(tǒng)具有明顯的缺陷。

 

電池發(fā)熱的其他原因

最后，當(dāng)談到電池?zé)峁芾頃r，我們應(yīng)該談?wù)摳邏弘娮雍推胶庀到y(tǒng)。高壓電子設(shè)備也是許多系統(tǒng)中電池發(fā)熱的主要原因，尤其是在較小的模塊中。此外，電池均衡將多余的電能轉(zhuǎn)換為熱能。本質(zhì)上，當(dāng)你均衡一個模塊時，你也會讓電池發(fā)熱。在三階段充電的情況下，大多數(shù)電池系統(tǒng)設(shè)計為在這些充電事件期間快速激活熱管理系統(tǒng)，否則模塊將產(chǎn)生快速加熱。如果在快速充電期間沒有冷卻系統(tǒng)，則產(chǎn)生的熱量高到足以削弱電池的容量，或者產(chǎn)生的熱量足以在冷卻之前關(guān)閉電池系統(tǒng)。這種過熱會導(dǎo)致電池模塊系統(tǒng)的可靠性問題，以及鋰離子電池的快速衰變。

 

 

電池系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致的熱量積聚通常很容易被周圍的冷空氣冷卻。然而，在這種情況下，設(shè)計者需要確保空氣首先流向電池，然后流向電子設(shè)備，或者空氣平行于電子設(shè)備和電池流動。大多數(shù)電子設(shè)備具有比電池更寬的工作溫度范圍，因此在電子設(shè)備之前冷卻電池更有效。雖然液體冷卻速度更快，但除非冷卻板設(shè)計在電池中，否則很難用這種方法冷卻電子設(shè)備。此外，為了確保安全，在儲能系統(tǒng)的設(shè)計中應(yīng)特別設(shè)計電子設(shè)備的位置。

 

電池發(fā)熱不是電池?zé)峁芾淼奈ㄒ辉?/p>

熱管理系統(tǒng)需要的另一個功能是加熱電池。通常，電池系統(tǒng)設(shè)計者不希望主動加熱電池，除非電池處于非常低的溫度并且加熱速率不太高。

現(xiàn)在大多數(shù)鋰離子電池都使用液態(tài)電解質(zhì)，這種電解質(zhì)在零下溫度下會固化或失去導(dǎo)電性，從而阻止電池在較低溫度下提供應(yīng)有的能量。

 

 

在液冷系統(tǒng)中，可以在系統(tǒng)中添加一個熱泵，通過冷卻回路提供溫?zé)岬牧黧w，這將緩慢地使電池變熱。可能已經(jīng)使用的另一種方法是使用膜加熱器。另一種情況是，加熱器不主要用于加熱，而是為了降低電池的冷卻速度，例如汽車在室外使用時停止使用，幾天后電池的溫度降至25℃，在此期間車輛電池系統(tǒng)將具有良好的性能。此外，雖然加熱器通常由電池組本身供電，但會損失一些能量，但這種損失很小且是暫時的。