有关锂离子电池散热特性分析

锂离子电池的热量从来源上来分重要可以分为两类：1）可逆的熵变热；2）不可逆热，如欧姆阻抗热，电荷交换阻抗热等，因此锂离子电池在工作过程中的产热功率可以用下式来表达，其中式中第一项为不可逆热，第二项为可逆的熵变热。

锂离子电池除了产热外，散热同样重要，锂离子电池的散热特性受到电池形状，电池材料和散热方式等的影响，在该项研究中作者提出了一个标准的散热系数概念，在实验中作者将散热方式统一为效率更高的极柱散热方式，从而防止了电池形状关于散热系数的影响。实验中作者采用了两种尺寸的软包锂离子电池作为研究对象，其电池参数如下表所示。其中电池A为高功率型5Ah电池，电池B为高比量型7.5Ah电池，电池A的正极为NCM111材料，电池B的正极为Li(Ni0.4Co0.6)O2材料，表2为两种电池内部电芯的基本参数和热特性参数。

实验中用于测试A和B两款电池的发热特性的装置如下图所示，其中用于电连接的母线也同时起到了极耳散热的用途，实验中作者采用了15个K型热电偶用于测量电池和烘箱温度的变化，这些热电偶的具体分布如下图所示。

电池通过正负极的母线的散热速率可以通过下式表达，其中ABB位母线的截面积，而ΔTBBneg位母线上的两个测温点之间的温差，关于负极位9号和10号测温点之间的温差，关于正极则为11和12号测温点之间的温差

实验中为了测量锂离子电池在不同的SoC状态下的发热特性，作者作者采用了脉冲放电的策略，也就是以20A脉冲充电1s，然后20A脉冲放电1s，持续6个小时，保证电池在整个过程中都维持同一个SoC，这一过程的热量重要来自于不可逆热。采用极耳散热时电池内部的温度差别小于1℃，而假如在电池的一侧施加一个1.49W的加热条件下电池内部最大的温差就会新增到3℃（如下图c所示），假如在电池的两侧同时施加一个1.49W的加热，则我们能够从下图d中看到电池内部的温差又变的非常小，从模拟结果来看，脉冲充放电能够在锂离子电池内部出现一个较为均匀的温度场。

热功率曲线可以分为两类：1）产热功率；2）散热功率，从下图能够看到在开始的非稳态时电池的温度会缓慢的升高，随着电池极耳处温度与母线散热处温差不断增大，电池通过母线的散热功率也在不断增大，当产热功率与散热功率相等时电池就达到了一个稳态状态。

由于在该实验中锂离子电池的热量重要是通过正极极耳、负极极耳扩散出去，因此在计算锂离子电池的散热系数时作者也分别计算了负极散热系数CCCneg，正极散热系数CCCpos，以及电池总散热系数CCCtot（如下式所示）。下图为利用实验1中稳态阶段数据计算得到的三个散热系数，从下图我们能够看到负极的散热系数要显著高于正极。

电池A1在不同SoC和不同的电流下计算得到的正极、负极和电池的散热系数，从下图我们不难看出电池的SoC状态和工作电流关于电池的散热系数没有影响，这表明无论电池处于何种工况，只要能够达到热平衡，我们就可以计算电池的散热系数。

A和B两种电池的散热系数比较，可以看到关于两种电池而言负极的散热系数都要显著高于正极，而电池A由于采用了功率型的设计，因此散热系数也要明显高于电池B，其中A电池的负极散热系数比B电池高65.13%，正极散热系数高63.18%，电池整体散热系数高62.70%。