【《电池结构及电池热管理国内外研究现状的文献综述》2300字】

电池结构及电池热管理国内外研究现状的文献综述电池结构及温度特性研究锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜和包装件构成。其中，正极、负极包含活性电极物质、导电剂、黏结剂等物质，正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料，常见正极材料包括钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、镍酸锂(LiNiO2)、磷酸盐锂(LiFePO4)。锂电池负极材料大多为石墨。如图所示，按照几何形状的差异分为圆柱形、方形和软包电池。按照电极极片组合的差异将方形和软包电池分为叠片型和卷绕型，叠片型和卷绕型的区别在于电芯形成方式不一致，叠片型的电芯结构是由电池中的若干正极极片、负极极片以及隔膜交错叠加而成，卷绕型的电芯结构是以电池中间卷绕而成。a）圆柱形电池b)方形电池c）软包电池图1.SEQ图1.\*ARABIC2三种常用结构电池温度对电池性能是有很大影响的。一般，温度主要影响电池的如下性能:(1)电化学反应过程;(2)充放电效率;(3)电池的可充性;(4)功率和容量;(5)安全可靠性;(6)寿命和循环次数。Tan等通过实验测试证明，随着工作温度的提高，电池容量会逐渐衰减，在高倍率放电时，提高工作温度可能引发热失控。在Ramadass等对索尼18650电池在不同温度的工作环境容量衰减特性进行了实验，研究表明，电芯所处环境温度越高，充放电循环次数也少，容量衰减越严重。Guan等的研究说明在高倍率充放电条件下，再进一步提高电池运行温度会导致热失控。Zhang等的研究表明，当充放电温度在低温环境下（-20℃），电池容量对比于室内温度会下降12％。为了提高电池性能与寿命，保证电动汽车在使用锂离子电池作为其动力源的情况下能够安全稳定的运行，必须要有高效的热管理系统，使得电池工作温度控制在最佳运行温度区间与允许最大温差之内，来保证锂离子电池在工作时的高效性、稳定性和安全性。电池热管理研究进展电池热管理系统（BTMS），是为了控制电池温度在最佳的工作温度区间，解决高温下电池热失控与低温冷启动的问题，提高电池工作效率。为了提高热管理的水平，国内外做了大量的研究与实验，在研究中，最为常见的热管理方式有以下几种：风冷热管理，液冷热管理，相变材料热管理，冷却板与热管热管理等。电池风冷热管理空气冷却的成本低，工艺简单，是一种应用相对普遍的热管理方式，根据其在散热时是否使用冷却装置（如风机与空调）分为自然冷却与强制冷却。强制风冷即通过外部的装置使得空气直接从电池箱体中穿过各个电池模组，从而通过空气与箱体内电池，元器件等导热组件的强制对流换热达到冷却的目的。刘显茜等仿真模拟了不同进出风口形状的空气冷却结构对18650电池组的温差以及最高温度的影响，研究表明，在该空冷结构下，进出风口为矩形的电池模组散热效果由于半圆形、椭圆形与圆形。吉林大学的茹敬佩根据热传导理论，建立了电池内阻与变换热系数情况下的单体热模型，基于非线性模型预测算法，设计了一种调节电池模组内温度的风速控制单元。结果显示，其控制单元使得电池组能一直稳定在目标温度下运行，整体温差也在可以接受的范围以内。华中理工大学的陈凯等通过改变不同电池单元体之间的间距，来稳定电池组温度，并对间距进行了优化设计，降低了温差，其结果表明，在经过优化后，最高温度下降约2摄氏度，温差降低百分之六十。湖南大学的金钰针对18650锂离子电池组，设计电池模组的多种通风方案，采用数值模拟的方法，对几个主要参数对其电池模组散热的影响进行了研究。结果表明，进出口偏心角度和通风口的尺寸对散热的影响最大。电池液冷热管理电池液冷热管理是指以液体为冷却介质，通过液体与之的直接或者间接的接触而达到散热的目的，其优点为①液体导热系数高，与接触物体的对流换热系数高，散热能力与冷却效率均不错；②散热系统结构的占有体积较小，能满足一些需要紧凑布置的车型。美国特斯拉公司的一些车型采用夹板式液冷热管理系统，冷却液为乙二醇与水的混合物，其效果可以将温差控制在5摄氏度以内；通用Volt对于其某些车型也采用了液冷散热系统，与特斯拉不同的是，该产品在电池模组布置金属散热片，片内有流道槽，冷却介质在流道内流动，从而带走热量。张国庆等运用数值模拟的方式，仿真研究了一款混动汽车的液冷散热系统。结果表明，运用矿物油作为冷却介质，在2m/s时流动，温差保持在1℃之内。徐晓明等通过冷板式液冷散热系统的研究，设计了同侧双开口的流道口形式的散热系统，研究表明，流道进出口数越多，冷板散热能力越强，单体电池温度一致性较好。电池相变材料热管理。相变材料（PCM）指的是随着温度变化而变化其材料状态并能实现对热量的储存与释放功能的材料。而相变指的是在吸收或者释放能量时，其材料的状态由液态变为固态或者液态变固态的形式。相变材料冷却的冷却效率比液体高，结构紧凑，在散热与保温方面有优势，通常作为在风冷和液冷的结构过于复杂和成本较高时的一种有效解决方案。饶中浩等运用实验与数值模拟仿真，对相变材料对其模组的散热能力进行了研究，研究表明，在相变材料的控温下，模组温差能保持在5℃以内。王亮等对两种不同熔点的相变材料进行仿真模拟，并且在模拟之后，放入铜丝增强散热进行优化，最后的优化结果方案能实现较好的散热，满足热管理需求。参考文献[1]王芳，夏军.电动汽车动力电池系统设计与制造技术[M].科学出版社.2017年7月.[2]贾春辉.动力电池热特性分析及冷却系统优化[D].吉林大学,2019.[3]王福昂.基于CFD的纯电动客车锂离子电池箱散热分析与优化[D].聊城大学,2018.[4]罗宗鸿.电动汽车电池热特性及电池组风冷散热研究[D].南昌航空大学,2018.[5]张良.电动汽车动力电池模组散热结构设计与仿真优化[D].湖南大学,2019.[6]金钰.车用锂离子动力电池系统强制风冷散热特性研究[D].湖南大学,2018.[7]葛哲.基于风冷散热的锂电池组结构设计及实验研究[D].重庆交通大学,2021.[8]时天禄,安周建,刘在伦.基于风冷散热的锂电池热管理数值模拟研究【J】.电源技术.2021(07):885-889[9]任诗皓,田嘉荣,陈捷超,方佑旭,王文豪.锂离子电池组风冷性能综合传热分析【J】.电源技术.2021(09):1129-1132[10]刘显茜,邹涛,侯宏英,徐梽宇,王星博.基于Fluent的锂离子电池及模组风冷温度场数值研究【J】.软件导刊.2020(07):5-10[11]刘显茜,王涛,王小勇,王欢.车用动力电池模组风冷散热分析【J】.长春理工大学学报(自然科学版).2018(02):96-99[12]YongxinLai,WeixiongWu,KaiChen,ShuangfengWang,ChuangXin.Acompactandlightweight