基于浸沒冷卻的鋰離子電池?zé)峁芾硇阅苎芯?/h1>
2022-04-26 09:15:14王國陽趙路遙孔慶紅張思雨陳明毅
電源技術(shù) 2022年4期 關(guān)鍵詞：變壓器
王國陽，趙路遙，孔慶紅，張思雨，陳明毅
(江蘇大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013)
自20 世紀(jì)末以來，環(huán)境污染和能源危機(jī)已經(jīng)成為兩個全球性的焦點問題[1]，發(fā)展新能源汽車是解決這些問題的一個有效的途徑。近年來，鋰離子電池廣泛應(yīng)用于純電動和混合動力汽車上。然而，由于鋰離子電池自身的特點，其適宜的工作溫度范圍比較窄，最佳工作溫度在20～40 ℃之間[2]。同時，當(dāng)電池溫度持續(xù)升高且不能及時散熱時，一旦溫度超過臨界溫度就可能引發(fā)熱失控[3]。因此，鋰離子電池?zé)峁芾韺τ谄囆阅芎桶踩际侵陵P(guān)重要的。
目前，電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)包括空氣冷卻系統(tǒng)、液體冷卻系統(tǒng)和相變材料冷卻系統(tǒng)等。由于液體擁有高導(dǎo)熱性和高比熱容,因此與其他冷卻策略相比，液冷是一種有效的冷卻方法[4]。液冷一般又分為直接液冷和間接液冷兩種方式，在間接液冷方面通常使用水、水和乙二醇混合物作為冷卻液，但由于其導(dǎo)電性而限制了其有效性[5]。與間接液冷相比，直接液冷通常使用冷卻液介質(zhì)有效降低電池的熱量，具有體積更小、冷卻速度更快的優(yōu)點[6]。目前，浸沒冷卻技術(shù)已成功應(yīng)用于冷卻數(shù)據(jù)中心服務(wù)器和電力電子設(shè)備。Endo Toshio 等建立了最先進(jìn)的超級計算機(jī)原型，并采用了油浸冷卻，測試發(fā)現(xiàn)與風(fēng)冷同類產(chǎn)品相比，總功耗降低了29%[7]。近年來，浸沒冷卻也逐漸應(yīng)用于鋰離子電池?zé)峁芾恚珻hen 比較了空氣冷卻、直接油冷卻和間接水/乙二醇冷卻。研究發(fā)現(xiàn)，即使采取低流量直接油冷仍比空氣冷卻具有更高的散熱效率[8]。佟薇采用氟化液Novec 7100 作為冷卻液對18650 型鋰離子電池進(jìn)行浸沒冷卻，模擬結(jié)果表明電池組的最高溫度可以降低至30.8 ℃[9]。羅玉濤等采用變壓器油作為冷卻液對鋰電池進(jìn)行直接液冷，通過模擬發(fā)現(xiàn)在優(yōu)化流道結(jié)構(gòu)后可將電池組最高溫度控制在34.2 ℃[10]。本文選取了硅油、白油以及變壓器油作為絕緣冷卻液，開展了鋰離子電池浸沒冷卻的相關(guān)實驗研究，對不同工況下的18650 型鋰離子電池的溫升情況、表面溫度均勻性及電學(xué)性能進(jìn)行了對比分析。
1 實驗裝置和實驗方法
本實驗采用的電池為日本松下18650 型鋰離子電池,所采用的硅油為西亞試劑公司生產(chǎn)的甲基硅油，白油、變壓器油為天成美加公司生產(chǎn)的15#白油及25#變壓器油，其導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.226 5、0.288 7、0.284 5 W/(m·K)。
圖1 為鋰離子電池1C、2C充放電采用的設(shè)備，分別為新威公司生產(chǎn)的型號為CT-ZWJ-4S-1-1U 和型號為CT-4008-10V20A-NTFA 的電池檢測系統(tǒng)，溫度數(shù)據(jù)分別由美國國家儀器(NI)生產(chǎn)的溫度采集卡進(jìn)行記錄。所采用的熱電偶均為億佳公司生產(chǎn)的K 型鎧裝熱電偶WRNK-191，測溫范圍為0～1 100 ℃，溫度測量精度均為0.1 ℃。實驗所用的浸沒容器為1 000 mL 標(biāo)準(zhǔn)燒杯，電池水平放置于燒杯的底部中央。熱電偶的位置是固定的，1 號、2 號、3 號熱電偶的探針位置分別位于電池距正極3.3 cm、距正極1 cm、距負(fù)極1 cm 的位置。
圖1 實驗流程示意圖
本實驗分別在空氣、硅油、白油及變壓器油中進(jìn)行對比研究，冷卻液的用量均為170 mL(完全浸沒)。實驗在紙箱(長×寬×高，36 cm×25 cm×22 cm)中進(jìn)行，室溫為20 ℃，具體的實驗工況見表1。
表1 鋰電池1 C、2 C 充放電實驗工況
2 結(jié)果和討論
2.1 浸沒冷卻下18650型鋰離子電池溫升分析
鋰電池在充放電過程中，其內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量，熱量從內(nèi)部傳播到表面，表現(xiàn)為電池表面溫度升高。圖2分別顯示了電池在1C、2C充放電過程中表現(xiàn)出的溫升變化趨勢及不同冷卻液浸沒冷卻效果的對比。從圖2 中可以看出：在空氣中1C充放電狀態(tài)下的鋰電池表面溫度從20 ℃升至43.1 ℃，在硅油、白油及變壓器油中電池最高溫度分別為33.8、31.6、31.2 ℃。浸沒冷卻狀態(tài)下的鋰電池溫度大幅下降，且處于合理的工作溫度區(qū)間。在硅油、白油及變壓器油中浸沒狀態(tài)下的鋰電池溫度分別下降了9.3、11.5、11.9 ℃，降幅分別為21.6%、26.7%、27.6%。溫度降幅的差異性主要是由三種冷卻液的導(dǎo)熱系數(shù)不同導(dǎo)致的。結(jié)果表明，在1C充放電工況下，硅油、白油和變壓器油均能有效降低鋰電池的表面溫度，其中白油和變壓器油兩種礦物油的降溫效果最好，硅油的降溫效果一般。
圖2 浸沒冷卻溫升對比圖
從圖2 中可以看出，在空氣中2C充放電狀態(tài)下的鋰電池最高溫度可達(dá)到68 ℃，這個溫度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出鋰電池的合理工作溫度區(qū)間。高倍率放電工況下，放電電流較大，鋰電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)速度加快，內(nèi)部產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致熱量累積及溫度快速升高，且放電倍率越高，溫度升高越快，溫度峰值越大。結(jié)果表明，浸沒冷卻對高倍率充放電下鋰離子電池的溫度進(jìn)行了有效控制。在硅油、白油及變壓器油中電池最高溫度分別可達(dá)47.1、39.1 和38.8 ℃，降溫分別為20.9、28.9、29.2 ℃，降幅分別為30.7%、42.5%、42.9%。2C工況下不同冷卻液降溫效果差異性體現(xiàn)更為明顯，高導(dǎo)熱系數(shù)的白油和變壓器油更適合鋰電池的浸沒冷卻。
2.2 浸沒冷卻下18650 型鋰離子電池表面溫度均勻性分析
鋰離子電池在不同位置的表面溫度差異也對鋰電池的安全性起到十分重要的作用。隨著充放電倍率的提高和持續(xù)時間的延長，單個鋰電池表面溫度不均勻性也會隨之逐漸升高。這會引起電池性能的下降，嚴(yán)重的將導(dǎo)致熱失控的發(fā)生。本實驗的表面溫度均勻性分析過程中采取了中間與兩側(cè)極耳處的溫差來表示電池的表面溫度均勻性情況，進(jìn)而探討在不同浸沒情況下的冷卻效果。
圖3 表明，在空氣中電池1C充放電工況下中間與負(fù)極、中間與正極的最大溫差分別為1.4 和2.3 ℃。在中間和負(fù)極的最大溫差方面，硅油、白油及變壓器油浸沒冷卻可以將其縮小到0.4、0.4、0.2 ℃，溫差分別減少了1、1、1.2 ℃。在中間和正極的最大溫差方面，硅油、白油及變壓器油浸沒冷卻，可將其分別縮小為0.7、0.7、0.8 ℃，溫差分別減少了1.6、1.6、1.5 ℃。結(jié)果表明，在1C充放電情況下，鋰離子電池的產(chǎn)熱較小，此時在三種冷卻液中均有良好的散熱效果，鋰電池的表面溫度均勻性能保持1 ℃以內(nèi)的溫差。從圖3 中可以看出在空氣中電池2C充放電工況下中間與負(fù)極、中間與正極的最大溫差分別為2.4 和2.9 ℃。在中間和負(fù)極的溫差方面，硅油、白油及變壓器油浸沒冷卻可以將最大溫差縮小到2.4、1.5、1.6 ℃，溫差分別減少了0、0.9、0.8 ℃。在中間和正極的溫差方面，硅油、白油及變壓器油浸沒冷卻可將溫差分別縮小為2、1.1、0.8 ℃，溫差分別減少了0.9、1.8、2.1 ℃。說明在2C充放電工況下，鋰電池的產(chǎn)熱迅速升高，從而導(dǎo)致鋰電池的表面溫度也出現(xiàn)了極大的不平衡。相對于1C充放電，在2C工況下，中間與負(fù)極的最大溫差增大了1 ℃，中間與正極的最大溫差增大了0.6 ℃。在浸沒冷卻介質(zhì)方面，硅油冷卻效果一般，白油和變壓器油能將中間與正極溫差值及中間與負(fù)極的溫差值控制在2 ℃以內(nèi)，能夠有效控制鋰電池表面溫度均勻性。
圖3 鋰電池表面溫差圖
2.3 浸沒冷卻對18650 型鋰離子電池的電學(xué)性能影響分析
浸沒冷卻對鋰電池產(chǎn)生的影響除了溫度的降低以外，在電學(xué)性能方面也會產(chǎn)生相應(yīng)的影響。圖4 分別顯示了在1C和2C充放電工況下，鋰電池在電流、電壓方面的變化情況。通過圖4 發(fā)現(xiàn)，空氣中電池的放電時間較長，在硅油、白油及變壓器油中，電池的放電時間依次縮短。在充放電過程中的恒流階段會有相應(yīng)的時間縮短現(xiàn)象，這是因為在恒流條件下鋰離子的總通量大致相同，在較低溫度環(huán)境下，需要更高的濃度梯度來克服較慢的擴(kuò)散率以滿足所需的通量。濃度梯度越大，電極過電位越高，電極利用率不均勻，導(dǎo)致在較低溫度下工作時更快達(dá)到截止電壓。通過電壓變化趨勢可以進(jìn)一步驗證對鋰電池充放電時間不同的解釋。在恒流放電開始以后電壓同時從3.8 V 開始下降，在變壓器油、白油、硅油及空氣三種狀態(tài)下的鋰電池先后達(dá)到截止電壓。這種現(xiàn)象在2C充放電工況下更為明顯。通過表2 對容量的統(tǒng)計對比可以發(fā)現(xiàn)，在硅油、白油及變壓器油中電池的容量是逐漸下降的。硅油、白油、變壓器油浸沒冷卻在1C充放電工況下平均充放電總?cè)萘肯陆捣謩e為181.25、238.5、237.25 mAh，容量降幅分別為5.76%、7.58%、7.54%。在2C充放電工況下，平均放電容量下降分別為593、1 038.75、1 174.5 mAh，容量降幅分別為19.69%、34.49%、38.99%。單體18650 鋰電池充放電容量受浸沒冷卻影響較大，主要是因為溫度的降低導(dǎo)致了鋰電池充放電時間的縮短。浸沒冷卻對鋰電池容量的影響主要體現(xiàn)在恒流放電和恒流充電階段，在這兩個階段中，容量與電流呈正相關(guān)的關(guān)系，隨著恒流充放電時間的縮短，充放電容量也會逐漸減小，這與圖4 中的電流和電壓數(shù)據(jù)一致。
圖4 18650型鋰離子電池充放電電學(xué)性能對比圖
表2 鋰電池在不同浸沒介質(zhì)中的充放電容量變化 mAh
3 結(jié)論
直接液冷是冷卻效果十分明顯的鋰離子電池?zé)峁芾矸绞剑渲欣媒^緣油來進(jìn)行浸沒冷卻具有經(jīng)濟(jì)、方便、有效的優(yōu)點，本實驗選取三種絕緣油來進(jìn)行對比實驗，得出以下結(jié)論：
(1)在浸沒冷卻中不同充放電倍率情況下，不同的絕緣油有不同的冷卻效果，其中在2C充放電倍率下，鋰離子電池在空氣中溫度可達(dá)68 ℃，變壓器油可使電池表面溫度下降至38.8 ℃，表現(xiàn)出極好的冷卻效果;
(2)在1C與2C充放電情況下，電池表面最大溫差分別為2.3 和2.9 ℃。在2C充放電工況下，白油與變壓器油可以將表面溫度差控制在2 ℃以內(nèi)，硅油在表面溫度均勻性的表現(xiàn)不及白油與變壓器油;
(3)隨著冷卻效果的提升，電池更快達(dá)到充放電截止條件，使充放電的時間相應(yīng)縮短，導(dǎo)致鋰電池充放電總?cè)萘侩S著恒流充放電時間的縮短相應(yīng)減少。這種現(xiàn)象在高倍率充放電工況下更為明顯;
(4)硅油較低的導(dǎo)熱系數(shù)限制了其作為導(dǎo)熱油的有效性。變壓器油和白油在高溫情況下具有更好的冷卻效果，但是降溫會帶來電池充放電總?cè)萘肯陆档膯栴}。
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目前，電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)包括空氣冷卻系統(tǒng)、液體冷卻系統(tǒng)和相變材料冷卻系統(tǒng)等。由于液體擁有高導(dǎo)熱性和高比熱容,因此與其他冷卻策略相比，液冷是一種有效的冷卻方法[4]。液冷一般又分為直接液冷和間接液冷兩種方式，在間接液冷方面通常使用水、水和乙二醇混合物作為冷卻液，但由于其導(dǎo)電性而限制了其有效性[5]。與間接液冷相比，直接液冷通常使用冷卻液介質(zhì)有效降低電池的熱量，具有體積更小、冷卻速度更快的優(yōu)點[6]。目前，浸沒冷卻技術(shù)已成功應(yīng)用于冷卻數(shù)據(jù)中心服務(wù)器和電力電子設(shè)備。Endo Toshio 等建立了最先進(jìn)的超級計算機(jī)原型，并采用了油浸冷卻，測試發(fā)現(xiàn)與風(fēng)冷同類產(chǎn)品相比，總功耗降低了29%[7]。近年來，浸沒冷卻也逐漸應(yīng)用于鋰離子電池?zé)峁芾恚珻hen 比較了空氣冷卻、直接油冷卻和間接水/乙二醇冷卻。研究發(fā)現(xiàn)，即使采取低流量直接油冷仍比空氣冷卻具有更高的散熱效率[8]。佟薇采用氟化液Novec 7100 作為冷卻液對18650 型鋰離子電池進(jìn)行浸沒冷卻，模擬結(jié)果表明電池組的最高溫度可以降低至30.8 ℃[9]。羅玉濤等采用變壓器油作為冷卻液對鋰電池進(jìn)行直接液冷，通過模擬發(fā)現(xiàn)在優(yōu)化流道結(jié)構(gòu)后可將電池組最高溫度控制在34.2 ℃[10]。本文選取了硅油、白油以及變壓器油作為絕緣冷卻液，開展了鋰離子電池浸沒冷卻的相關(guān)實驗研究，對不同工況下的18650 型鋰離子電池的溫升情況、表面溫度均勻性及電學(xué)性能進(jìn)行了對比分析。
1 實驗裝置和實驗方法
本實驗采用的電池為日本松下18650 型鋰離子電池,所采用的硅油為西亞試劑公司生產(chǎn)的甲基硅油，白油、變壓器油為天成美加公司生產(chǎn)的15#白油及25#變壓器油，其導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.226 5、0.288 7、0.284 5 W/(m·K)。
圖1 為鋰離子電池1C、2C充放電采用的設(shè)備，分別為新威公司生產(chǎn)的型號為CT-ZWJ-4S-1-1U 和型號為CT-4008-10V20A-NTFA 的電池檢測系統(tǒng)，溫度數(shù)據(jù)分別由美國國家儀器(NI)生產(chǎn)的溫度采集卡進(jìn)行記錄。所采用的熱電偶均為億佳公司生產(chǎn)的K 型鎧裝熱電偶WRNK-191，測溫范圍為0～1 100 ℃，溫度測量精度均為0.1 ℃。實驗所用的浸沒容器為1 000 mL 標(biāo)準(zhǔn)燒杯，電池水平放置于燒杯的底部中央。熱電偶的位置是固定的，1 號、2 號、3 號熱電偶的探針位置分別位于電池距正極3.3 cm、距正極1 cm、距負(fù)極1 cm 的位置。
圖1 實驗流程示意圖
本實驗分別在空氣、硅油、白油及變壓器油中進(jìn)行對比研究，冷卻液的用量均為170 mL(完全浸沒)。實驗在紙箱(長×寬×高，36 cm×25 cm×22 cm)中進(jìn)行，室溫為20 ℃，具體的實驗工況見表1。
表1 鋰電池1 C、2 C 充放電實驗工況
2 結(jié)果和討論
2.1 浸沒冷卻下18650型鋰離子電池溫升分析
鋰電池在充放電過程中，其內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量，熱量從內(nèi)部傳播到表面，表現(xiàn)為電池表面溫度升高。圖2分別顯示了電池在1C、2C充放電過程中表現(xiàn)出的溫升變化趨勢及不同冷卻液浸沒冷卻效果的對比。從圖2 中可以看出：在空氣中1C充放電狀態(tài)下的鋰電池表面溫度從20 ℃升至43.1 ℃，在硅油、白油及變壓器油中電池最高溫度分別為33.8、31.6、31.2 ℃。浸沒冷卻狀態(tài)下的鋰電池溫度大幅下降，且處于合理的工作溫度區(qū)間。在硅油、白油及變壓器油中浸沒狀態(tài)下的鋰電池溫度分別下降了9.3、11.5、11.9 ℃，降幅分別為21.6%、26.7%、27.6%。溫度降幅的差異性主要是由三種冷卻液的導(dǎo)熱系數(shù)不同導(dǎo)致的。結(jié)果表明，在1C充放電工況下，硅油、白油和變壓器油均能有效降低鋰電池的表面溫度，其中白油和變壓器油兩種礦物油的降溫效果最好，硅油的降溫效果一般。
圖2 浸沒冷卻溫升對比圖
從圖2 中可以看出，在空氣中2C充放電狀態(tài)下的鋰電池最高溫度可達(dá)到68 ℃，這個溫度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出鋰電池的合理工作溫度區(qū)間。高倍率放電工況下，放電電流較大，鋰電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)速度加快，內(nèi)部產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致熱量累積及溫度快速升高，且放電倍率越高，溫度升高越快，溫度峰值越大。結(jié)果表明，浸沒冷卻對高倍率充放電下鋰離子電池的溫度進(jìn)行了有效控制。在硅油、白油及變壓器油中電池最高溫度分別可達(dá)47.1、39.1 和38.8 ℃，降溫分別為20.9、28.9、29.2 ℃，降幅分別為30.7%、42.5%、42.9%。2C工況下不同冷卻液降溫效果差異性體現(xiàn)更為明顯，高導(dǎo)熱系數(shù)的白油和變壓器油更適合鋰電池的浸沒冷卻。
2.2 浸沒冷卻下18650 型鋰離子電池表面溫度均勻性分析
鋰離子電池在不同位置的表面溫度差異也對鋰電池的安全性起到十分重要的作用。隨著充放電倍率的提高和持續(xù)時間的延長，單個鋰電池表面溫度不均勻性也會隨之逐漸升高。這會引起電池性能的下降，嚴(yán)重的將導(dǎo)致熱失控的發(fā)生。本實驗的表面溫度均勻性分析過程中采取了中間與兩側(cè)極耳處的溫差來表示電池的表面溫度均勻性情況，進(jìn)而探討在不同浸沒情況下的冷卻效果。
圖3 表明，在空氣中電池1C充放電工況下中間與負(fù)極、中間與正極的最大溫差分別為1.4 和2.3 ℃。在中間和負(fù)極的最大溫差方面，硅油、白油及變壓器油浸沒冷卻可以將其縮小到0.4、0.4、0.2 ℃，溫差分別減少了1、1、1.2 ℃。在中間和正極的最大溫差方面，硅油、白油及變壓器油浸沒冷卻，可將其分別縮小為0.7、0.7、0.8 ℃，溫差分別減少了1.6、1.6、1.5 ℃。結(jié)果表明，在1C充放電情況下，鋰離子電池的產(chǎn)熱較小，此時在三種冷卻液中均有良好的散熱效果，鋰電池的表面溫度均勻性能保持1 ℃以內(nèi)的溫差。從圖3 中可以看出在空氣中電池2C充放電工況下中間與負(fù)極、中間與正極的最大溫差分別為2.4 和2.9 ℃。在中間和負(fù)極的溫差方面，硅油、白油及變壓器油浸沒冷卻可以將最大溫差縮小到2.4、1.5、1.6 ℃，溫差分別減少了0、0.9、0.8 ℃。在中間和正極的溫差方面，硅油、白油及變壓器油浸沒冷卻可將溫差分別縮小為2、1.1、0.8 ℃，溫差分別減少了0.9、1.8、2.1 ℃。說明在2C充放電工況下，鋰電池的產(chǎn)熱迅速升高，從而導(dǎo)致鋰電池的表面溫度也出現(xiàn)了極大的不平衡。相對于1C充放電，在2C工況下，中間與負(fù)極的最大溫差增大了1 ℃，中間與正極的最大溫差增大了0.6 ℃。在浸沒冷卻介質(zhì)方面，硅油冷卻效果一般，白油和變壓器油能將中間與正極溫差值及中間與負(fù)極的溫差值控制在2 ℃以內(nèi)，能夠有效控制鋰電池表面溫度均勻性。
圖3 鋰電池表面溫差圖
2.3 浸沒冷卻對18650 型鋰離子電池的電學(xué)性能影響分析
浸沒冷卻對鋰電池產(chǎn)生的影響除了溫度的降低以外，在電學(xué)性能方面也會產(chǎn)生相應(yīng)的影響。圖4 分別顯示了在1C和2C充放電工況下，鋰電池在電流、電壓方面的變化情況。通過圖4 發(fā)現(xiàn)，空氣中電池的放電時間較長，在硅油、白油及變壓器油中，電池的放電時間依次縮短。在充放電過程中的恒流階段會有相應(yīng)的時間縮短現(xiàn)象，這是因為在恒流條件下鋰離子的總通量大致相同，在較低溫度環(huán)境下，需要更高的濃度梯度來克服較慢的擴(kuò)散率以滿足所需的通量。濃度梯度越大，電極過電位越高，電極利用率不均勻，導(dǎo)致在較低溫度下工作時更快達(dá)到截止電壓。通過電壓變化趨勢可以進(jìn)一步驗證對鋰電池充放電時間不同的解釋。在恒流放電開始以后電壓同時從3.8 V 開始下降，在變壓器油、白油、硅油及空氣三種狀態(tài)下的鋰電池先后達(dá)到截止電壓。這種現(xiàn)象在2C充放電工況下更為明顯。通過表2 對容量的統(tǒng)計對比可以發(fā)現(xiàn)，在硅油、白油及變壓器油中電池的容量是逐漸下降的。硅油、白油、變壓器油浸沒冷卻在1C充放電工況下平均充放電總?cè)萘肯陆捣謩e為181.25、238.5、237.25 mAh，容量降幅分別為5.76%、7.58%、7.54%。在2C充放電工況下，平均放電容量下降分別為593、1 038.75、1 174.5 mAh，容量降幅分別為19.69%、34.49%、38.99%。單體18650 鋰電池充放電容量受浸沒冷卻影響較大，主要是因為溫度的降低導(dǎo)致了鋰電池充放電時間的縮短。浸沒冷卻對鋰電池容量的影響主要體現(xiàn)在恒流放電和恒流充電階段，在這兩個階段中，容量與電流呈正相關(guān)的關(guān)系，隨著恒流充放電時間的縮短，充放電容量也會逐漸減小，這與圖4 中的電流和電壓數(shù)據(jù)一致。
圖4 18650型鋰離子電池充放電電學(xué)性能對比圖
表2 鋰電池在不同浸沒介質(zhì)中的充放電容量變化 mAh
3 結(jié)論
直接液冷是冷卻效果十分明顯的鋰離子電池?zé)峁芾矸绞剑渲欣媒^緣油來進(jìn)行浸沒冷卻具有經(jīng)濟(jì)、方便、有效的優(yōu)點，本實驗選取三種絕緣油來進(jìn)行對比實驗，得出以下結(jié)論：
(1)在浸沒冷卻中不同充放電倍率情況下，不同的絕緣油有不同的冷卻效果，其中在2C充放電倍率下，鋰離子電池在空氣中溫度可達(dá)68 ℃，變壓器油可使電池表面溫度下降至38.8 ℃，表現(xiàn)出極好的冷卻效果;
(2)在1C與2C充放電情況下，電池表面最大溫差分別為2.3 和2.9 ℃。在2C充放電工況下，白油與變壓器油可以將表面溫度差控制在2 ℃以內(nèi)，硅油在表面溫度均勻性的表現(xiàn)不及白油與變壓器油;
(3)隨著冷卻效果的提升，電池更快達(dá)到充放電截止條件，使充放電的時間相應(yīng)縮短，導(dǎo)致鋰電池充放電總?cè)萘侩S著恒流充放電時間的縮短相應(yīng)減少。這種現(xiàn)象在高倍率充放電工況下更為明顯;
(4)硅油較低的導(dǎo)熱系數(shù)限制了其作為導(dǎo)熱油的有效性。變壓器油和白油在高溫情況下具有更好的冷卻效果，但是降溫會帶來電池充放電總?cè)萘肯陆档膯栴}。
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