锂电池风冷系统的解读

1热管理的目标

锂电池本身的工作特性对温度非常敏感，想要获得良好的性能发挥，维持较长的使用寿命，防止热失控事故的发生，将温度保持在锂电池的理想工作范围内非常必要。

电池包老化的主要原因是，电池原始特性差异的继续分化。因此，保持电芯工作温度的一致性，是对热管理系统的另外一个要求。

对电芯热特性模型的研究，除了在后续的热管理系统中，提供冷却装置设计依据以外，也帮助电芯从设计开始，从源头优化热结构，避免温度积累和局部过热。

2锂电池风冷系统案例

侯大鹏等在其论文《车载锂离子电池组的热管理模拟》中，实验和模拟了方形电池组自然冷却和风冷的情形。

单体模型的建立

单体生热模型采用简化的Bernadi模型。根据Newman的电池生热理论，电池反应过程中发热，包含四个部分，反应热、极化热、欧姆内阻热和副反应热。而Bernadi模型，根据20-50℃阶段，反应热只占总内阻热量的1%，认为可以忽略不计。于是，电池的反应热主要的来自于欧姆热和极化热，极化热可以用极化内阻发热的形式体现。Bernadi模型的总发热等于欧姆内阻与极化内阻的和与电流平方的乘积。

单体传热模型的建立。案例认为，单体的传热包含两个过程，一个过程是单体中心部位发热，并在电芯内部扩散；另一个过程是，电芯的表面与空气之间的热量交换过程。

热量在电芯内部的传递。方形电芯内部为层叠结构，热量从中心，一层一层的向外传递，直至传递到电芯表层，再由表层向空气中传递。于是，其热传导过程采用多层平壁热传导方法计算。传热率，与温差、导热系数和传热面积成正比，与传热层的厚度成反比。

热量在电信表面与空气之间的交换。热量传递到电池表面，表面温度高于周围环境温度，则热量会通过对流的方式向空气中传播。根据空气流动的动力来源不同，可以分成自然对流和强制对流，与自然冷却和风冷相对应。电芯表面散热这一场景，实际上还有热辐射的过程，只是辐射的热量在总体热量中的占比比较小，可以忽略。对流传热速率，与对流传热系数、对流传热面积和电信表面与环境的温差成正比关系。

电池组模型

在电池组中，单体按照图中的方式排列。自然对流条件下得出的结论是电芯内部温度远高于表面温度，每个电芯的表面温度近似。

风冷系统，如下图所示。进风口和出风口设置在箱体的两端。仿真过程中，先保持风量不变，不断改变风口的尺寸，寻找最合理的空气进出口面积。再保持最佳空气进出口面积，调整风量，找到风量与电芯温度的关系。案例结论是空气进出口面积是电池侧面积6倍的时候，效果最佳；风量越大效果越好，但过大的风量消耗过多能源，存在一个性价比最高的风量。

案例忽略因素的影响

案例没有具体描述空气流通的路径。从示意图不难看出，第三排电芯与箱体内空气流动的大方向恰好垂直，而案例在前文有结论，认为电芯温度最高的部位在中心，距离中心越近温度越高。这部分电芯的冷却效果不会特别理想。

案例认为电池包是一个密闭空间，没有考虑电池箱体与外界热交换的过程模型，电池箱体材质和详细机构没有做过多交代。实际应用中，外围电芯温度会低于中心电芯温度。