电动汽车大功率充电过程动力电池充电策略与热管理技术综述(8)

2电池组热管理研究现状
温度对锂离子电池的性能、安全性和循环寿命有显著影响。主要体现在，低温条件下锂离子电池的电解质黏度增加，离子电导率降低，化学离子定向迁移阻抗增大，使得低温下电荷转移电阻增加，影响电池的动力学性能。另一种典型的低温效应是镀锂，锂镀层以枝晶的形式存在，电池长期在低温下运行时，锂枝晶将会增长，造成电池容量的不可逆损失，当增长到一定程度时枝晶可能会穿透隔膜，引发电池内部短路，增加电池的安全风险。而当电池温度过高时将导致电池性能发生退化，温度升至45℃时电池极化内阻将增加。
当电池在超过50℃的温度环境中运行时，电池内部的降解反应加剧，电池的容量明显下降。当电池温度超过90℃后负极表面的SEI膜开始溶解，电池开始自产热，此时如果不能有效地降低电池温度，任由电池温度上升，将会引起电池发生热失控。
电池在25～40℃区间运行时可实现最佳的功率输出和输入、最大的可用能量，以及最长的循环寿命。因此，需要通过电池热管理系统(batterythermalmanagementsystem,BTMS)，将电池组的工作温度控制在安全范围内。然而在大功率充电过程中，电池会产生大量的热量，单体电池局部的温度可能会急剧增加，从而导致某个模块或整个电池组温度过高。当电池温度过高时，整个电池组的温度均匀性会变差，每个电池的充放电容量会有所不同，从而导致电池间的性能以及SOC差异。如果电动汽车的电池组长期在较高的温度下运行，电池组的一致性会降低，严重影响电池组的循环寿命，导致行驶里程的大幅减少。
为此，合理的热管理系统设计，成为了大功率充电技术中面临的重要挑战。在高温冷却方面，主要存在内部冷却和外部冷却两种形式。工程应用较多的仍然是外部冷却方式，主要分为空气冷却、液体冷却、相变材料以及热管冷却，如图10所示。

2.1空气冷却
空气冷却可以分为自然风冷和强制对流两种，管道类型和电池组布局如图11所示，包括电池组的水平和纵向布局以及常用的U型管道和Z型管道。