來源 | Journal of Energy Storage
原文 | https://doi.org/10.1016/j.est.2023.106800
01
化石燃料的枯竭、能源安全、氣候變化、空氣污染和碳排放是世界面臨的最大挑戰。在交通運輸領域，以電池為動力的零排放汽車正在迅速取代傳統的內燃機汽車。由于鋰離子電池自放電率低、能量密度高、體積小、無記憶和使用壽命長，因此鋰離子電池被廣泛應用于混合動力汽車和電動汽車。研究也證明，鋰離子電池在20至40 ℃的溫度范圍內有效工作，電池性能最佳。
然而，在快速充電或車輛爬坡時，會產生大量的熱量。此外，在高工作溫度下，電池的溫度迅速上升，可能會降低電池的生命周期。熱失控在鋰離子電池中已經變得越來越普遍，熱安全性已經成為阻止其使用的一個關鍵問題。如果這些熱量不立即消散，不僅會降低電池性能，還會引發熱失控，導致電池燃燒和爆炸。因此建立合適的熱管理系統至關重要。
電池的安全性可以通過在電池熱管理系統(BTMS)中監測來評估。常見的BTMS現在分為主動冷卻系統和被動冷卻系統。在主動冷卻過程中，電池模組的熱量通過空氣或液體排出。而通過相變材料(PCM)冷卻是被動冷卻。PCM優于空氣和液體熱管理系統，因為它不需要風扇、泵和連接等電氣機械設備。
為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們在高溫下的行為至關重要。因此本文在不同的條件下，研究了不同條件下鋰離子電池的主動和被動冷卻的熱管理效果。
02
成果掠影
近期，美國能源高級研究中心的Naseem Iqbal教授團隊為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們在高溫下的行為，探究了不同的冷卻方式以及模組的排列方式對新能源電池熱管理的影響。該研究對電池組進行了一系列充放電實驗，以評估熱管理對電池組性能的影響。通過改變周圍條件并使用相變材料來改善熱管理，從而分析電池之間的溫度分布。電池的一般充電放電模式顯示，與未采用熱管理的環境溫度相比，溫差高達約10 ℃，最終會隨著長期使用的時間而降低電池的性能。主動冷卻(空氣冷卻)改善了電池組內部的熱管理，與環境溫度相比，顯示約6 ℃的溫差。然而，被動冷卻顯著改善了電池組內部的熱管理，與環境溫度相比，溫差約為3.5 ℃，這表明使用PCM對電池組進行熱管理可以是一種真正提高電池組壽命和安全性的方法。研究成果以“Thermal management of Li-ion battery by using active and passive cooling method”為題發表于《Journal of Energy Storage》。
03
圖文導讀
表1.不同冷卻方式的優缺點。
圖1.電池包模組的排列結構示意圖。
圖2.實驗系統原理圖。
圖3.電池模組風冷結構示意圖。
圖4.風冷三維結構示意圖。
圖5.模組浸入Na2SO4?10H2O. 示意圖。
圖6.(a)沒有任何冷卻系統的室溫下，(b)風冷，(c) PCM冷卻下放電過程中的溫度變化。
圖7.(a)電池包1 (b)，電池包2 (c)電池包5放電時的溫度變化示意圖。
表2.不同冷卻條件下不同電池模組的溫度對比。
表3.不同冷卻條件同一電池模組的溫度對比。
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