确保电动车电池安全：热管理的重要性

确保电动车电池安全：热管理的重要性

在电动车（EV）应用中，确保电池及电池模块的安全至关重要，直接关系到乘员的生命财产安全。电池模块的设计与制造以热管理为核心，确保安全性。即便电池模块通过了安全标准测试，由多个电池串联组成的模块因散热面积减小，仍可能存在风险。若使用不当或遇到意外情况，电池内部可能发生热失控（thermal runaway），引发严重的安全隐患。因此，控制风险（Failsafe），使电池模块在可接受范围内运行，避免全面失效，是保障生命和财产安全的关键。

电池热能与热管理问题

锂电池热能的来源
锂离子电池的热状态主要来源于运行中电流流经电池阻抗与电子阻抗时消耗的电能，进而引发温度升高。

以18650锂离子电池在开放环境下的放电实验为例，观察到以下关键现象：

• C倍率增加导致温升加快：随C倍率的升高，电池温度迅速升高；但在平均工作电压范围内，温升较为缓慢。
• 容量下降导致热失控风险：当电池容量降至约1.5 Ah时，电压下降，电池温度迅速上升，热失控风险增大。

电池模块的散热挑战
电池模块由多个电池串并联组成，散热问题尤为突出：

• 散热不均匀：模块内部电池因散热受限，温度高于外部电池，导致热分布不均。
• 对寿命的影响：高温电池的衰减速度远快于低温电池。保持温度均匀性和控制最高温度是延长电池寿命的关键。

优化电池安全的关键措施

为提高电池模块的性能与安全性，应采取以下措施：

1. 温差控制：将模块内温差控制在5˚C以内，确保热分布均匀。
2. 最高温度调控：采取措施控制电池最高温度，提升安全性并延长使用寿命。
3. 热管理解决方案：采用先进材料和设计优化散热，增强EV应用的安全性能。

总结

有效的热管理是确保电动车电池安全的关键。通过解决散热问题并维持温度均匀性，制造商可显著提高电池性能与可靠性，同时保护生命和财产安全。

 

作者

林唯耕教授

学历 | 美国马里兰大学博士

现职 | 国立清华大学工程与系统科学系，兼任教授

专长 | 电子组装散热、热管、环路式热管（CPL，LHP，PHP）、节能设计、太阳能储热与冷却、热流系统、电子元件之冷却、双相流、人造卫星及高空飞行物之热传元件