近年来，市场对锂电池的容量需求越来越大，但其应用空间有限，这就促使了锂电池容量向高单位发展，布置也向紧凑化发展。而高容量的锂电池在使用过程中会产生大量的热，这些热量长时间积聚，会导致锂电池内部温度升高，从而加快电池容量的衰减，降低电池的使用寿命。如果温度继续升高到一定程度，甚至会导致电池内部产生分解反应，从而可能产生爆炸和火灾。2019 年4 月21 日，一辆特斯拉电动汽车发生自燃现象，引起了车库内多辆汽车串联爆炸，造成了极大的经济损失；2020 年一辆奇瑞艾瑞泽深夜充电时自燃，索性未造成人员伤亡。

       中国科学院院士欧阳明高对于国内频繁发生的电动汽车起火事故明确指出“电池热失控是事故的主因”。此外，当电池组的温度低于安全工作温度极限时，电池的反应效率降低，功率随之下降，进而会达不到目标的电压使用要求。当电池处于0 至25℃范围内，电池温度每下降一度，电容量就会下降1％。而当电池所在环境温度处于0℃以下，温度每下降一度，电容量下降会超过1％。因此，在充分认识锂电池的温度特性和热释放特点的基础上，研究及开发安全高效的电池热管理技术，对锂电池的广泛应用具有重要意义。

     现有锂电池热管理技术

       无论是电动汽车中的动力电池，还是电站中的储能电池，采用一种或多种热管理技术来控制电池的内外温度，使电池处于安全、高效的运行状态，对锂电池的发展具有重要作用。目前，锂电池热管理技术主要有以下几种。

       1.空气冷却技术

       以空气为传热介质的热管理技术简称空气冷却技术或空冷。该技术利用空气介质，通过热对流和热传导将热量从电池表面带走，从而实现冷却电池的目的。空冷技术以其系统简单、成本低、易于维护等优点，得到了广泛应用。目前，锂电池空冷技术的主要研究方向是空气流量、电池布局和风道布置的优化等方面。

       2 液体冷却技术

       以液体为传热介质的热管理技术简称液体冷却技术或液冷。该技术一般是以换热系数高、比热容大的液体通过管道或者将热源浸没其中的方式将热量传递出去。冷却液的种类通常有水、硅油、乙二醇、丙二醇、空调制冷剂等。相比于空冷，液冷的冷却介质换热系数更高、比热容更大、冷却速度也更快，可更加有效地降低电池温度并提高温度分布均匀性，此外，液冷系统也更加紧凑。目前，锂电池液冷技术的主要研究方向是冷却介质的研发、流道和流速的优化以及热电耦合模型的构建与优化等。

半螺旋导管式电池液体冷却技术原理

       3 热管冷却技术

        热管冷却技术就是利用工质在管壳内的吸热端蒸发，放热端冷凝，通过管芯完成循环，从而实现冷却电池的目的。相比于空冷和液冷，热管技术在导热性、恒温性等方面更具突出优势，此外其热流密度和方向还具有可变性，因此在核电、航天、精密电子器件等领域应用较为广泛，在电池系统中的研究也有所报道，主要研究方向是热管冷却性能评估、与其他冷却方式耦合、构建热-电化学模型并优化分析。

      4 相变材料冷却技术

       相变材料冷却技术是利用材料(phase changematerial，PCM)相态转换过程中吸收电池箱内热量，以达到冷却目的。该技术具有系统简单、可靠性高等优点，近年来成为研究热点之一，主要研究方向是相变材料的选择和优化，相变材料冷却与其他冷却系统耦合等。

     未来展望

       相比于其他电池，锂电池具有能量密度高、循环寿命长、无环境污染等优点，但同时也存在对工作温度要求苛刻的问题。在电动汽车中，动力锂电池长时间中小倍率放电，或者在启动时以及不良路况时大倍率放电过程会产生大量的热。这些热量如果没有被及时带走，就会导致电池性能降低，甚至产生安全事故。而在电站储能系统中，储能锂电池通常数量特别多，电池的总容量和功率也特别大，存放在有限空间中，非常容易出现电池箱内温度过高，温度分布不均匀等问题，严重危害储能电池的安全、高效使用。现有的热管理技术如空冷、液冷、热管冷却相变材料冷却在一定程度改善了锂电池的散热问题，但其自身也存在着如系统复杂、体积庞大、冷却介质易泄露、价格昂贵等挑战。根据目前热管理技术的研究现状，未来的研究可重点在以下几个方面开展。

       （1）针对电动汽车使用的动力型锂电池，重点开发体积更小，结构更加紧凑的热管理系统，便于汽车整体设计和安装。大力开发紧凑型热管冷却技术；研发新型相变材料，通过骨架负载、添加改性元素等方法提高材料的导热性、循环稳定性；设计和优化更合理的热管冷却与相变冷却耦合系统。

       （2）针对电站储能所使用的储能型锂电池，重点开发更加经济高效的热管理系统。继续加大空气冷却技术的优化力度，除了已有的流道、流量等方面的研究，还可以通过增加额外装置来提高温度的均匀性；开发新型的液冷介质，提高介质的电绝缘性、导热性，降低介质黏度，解决介质泄露等问题；研发更加经济的热管，以克服目前热管冷却技术应用于大容量储能电池系统中成本过高的问题。
 

来源:新能源行业观察   (责任编辑：子蕊)