关于大型电池的热问题分析

大型电池的问题主要是电池热问题，是要讲大型电池的热问题。会分两个部分讲解，一个是讲我们对于电池大型化的理解;第二个是讲对于大型电池结构设计中所必须要了解的电池热特性的问题。

电池大型化：以我们对大型化的定义相对，首先看一下大家更熟悉的电池，这个大家都很熟悉，最早的1865只能做到1Ah。随着密度越来越高可能做到3-4Ah。它的系统容量一般到10-100WH。相应它的单体能量也比较小，10650圆柱也比较常见。在这个电池上中国产业电池技术非常好，远远早过动力电池产业发展之前，在中国很多企业像CATL、BYD、力神都是非常重要的手机电池供应商。

我的感觉在十年之前，大家在提动力电池，这种用于驱动和储能两种场景的高能量电池系统具有系统大、单体也大的特点，储能大家可以理解用在电网中，在电网中做功率的调整或者和可再生能源放在一起，做一些可再生能源的吸纳。

驱动大家最熟悉的就是车辆驱动，像特种也在做，飞机也是。大家可能比较熟悉的电飞机概念是多电，而不是电驱动，用的还是传统的发动机，现在我们跟国内新型电飞机，在沈阳试飞了。

由于驱动和储能电池系统以车辆来说，大家熟悉的是带电量是20-50KWH。而储能电站就更多了，相应它的单体容量也在扩大。大型化一个简单的出发点就是希望减少系统的并联数，并联代表着节点增多，可靠性有问题，也代表着连接损耗增加。为减少并联，单体要大。

用在汽车当中的单体，混合动力比较小一点，我们最常见的10-50kWH，展会上会见到一些大的，100-200的也有。特斯拉是一个特例，一方面他在电池管理上面有大量的工作要做，对系统性可靠成本都提出了很大的要求，下一代的特斯拉大家可以看到报道，往这些更大的电池上面拓展。

大型化大家的感觉就是容量大，体积大，再更细观的上面有什么不同，我们做系统管理的研究人员做这种定位还很罕见，我们总结了以上四点：

第一点是传质路径增长，简单来说就是锂子和电子，传质路径一般在负极，为了提高能量，电极越囤越厚，几十上百微米。传质电池带来的问题就是传质不高的地方锂子浓度非常高，这样可能会带来电池的提前截止，事实上是能量的一种浪费。

第二点传质的路径增长，这个好理解，这其中也有一个数量级的增加，还有一点更容易被忽视的是电池表面和整个的比较，假如就是一个立方体尺度的比例不变，算出来的这个A/V是跟这个相关的数字，散热的能力正比面积，A/V减小以后电池的散热比较差，第二点和第三点都会造成电池在单体内有一个很大的温度分布。

第四点我们总结为内部并联结构的大量形成。层节式的电池几十片电池片，这是很显著的结构，大型的卷绕式电池内部也有多节点。这是我们对大型化的一些理解。

大家可以看到，1234点带来的一个主要问题就是电池内部的多种力量都会发生非均匀的浓度，比如等离子浓度，比如温度带来的并联等等，如果能够缓解速度控制来消除这些分布可以很显著的提高大型电池的性能。

应对大型化挑战，国内的动力电池企业做了大量的研发工作，我把它总结为电池设计和电池管理两类：设计是偏电芯厂为主，中国引进了国际上一些非常知名的企业。第二类的工作我把它叫做电池管理，采购电芯了以后怎么把它做成一个好的模块，怎么做成组，有一个组以后怎么添加传感原型的组建，这个工作也在做，一些独立的Pack厂和整车企业更关注。