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23.Aug.2021

熱傳導TC 電動車時代來臨┃鋰離子電池的熱管理效能評估

文章-橫幅
 
鋰離子電池在不同的方向上具有截然不同的熱傳導特性。鋰離子電池之所以受到關注,是因為它們具有比常規電池更高的能量密度和更長的充放電壽命週期,下圖一為四種不同型態的鋰離子電池示意圖。由於鋰離子電池在使用時會自行發熱,同時隨著工作溫度的增加會加速電池老化並縮短其壽命。因此,針對鋰離子電池的熱管理效能評估尤其重要,才得以確保電池可以在所需的運行溫度範圍內正常運行。
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▲圖一、四種不同型態的鋰離子電池
 
為了有效地針對電池模組進行散熱效能評估,電池因其內部堆疊結構而有不同方向性的散熱特性。Hot Disk熱傳導係數儀提供獨特的異方向性模組(Anisotropic module)可以快速而準確地測量電池模組不同方向的散熱性質。其中,不同電池會因設計型態差異而有不同的散熱性表現,如下圖二所示,平面狀的鋰電池,在XY平面方向有較好的熱傳導特性;而量測捲封堆疊結構的圓柱狀電池時,其Z軸向則具有較好的熱傳導特性。
 
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▲圖二、電池內部結構的異方向散熱性差異
 
鋰離子電池依照封裝形式主要分為圓柱形、方體以及軟包裝電池三種,軟包裝電池(Pouch Cells)泛指金屬箔袋封裝之電池,目前較常用的材質為鋁箔袋,因外觀與方型電池類似,具有散熱容易及模組中電池有效排列佳等優點;相較於金屬外殼電池,因鋁箔袋質輕,故軟包裝電池具有較高的能量密度。其中我們曾針對軟包電池於不同溫度區段下的散熱性進行量測,下表為比較不同製造商提供之電動車專用鋰電池異方向性熱傳導測試:
 
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▲表一、使用Hot Disk異方向模組量測不同款軟包電池的熱傳導特性

綜觀上述內容,Hot Disk異方向性模組(Anisotropic module)除了可以針對鋰離子電池不同方向的散熱性進行量測外,同時也具備專屬的比熱測試模組(Cp module)用來評估不同電池模組的比熱容特性,對於鋰離子電池在熱管理效能的評估絕對是必備的量測工具之一。
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▲左側為Hot Disk TPS3500示意圖,右側為Hot Disk Cp比熱測試模組樣品的放置示意圖

 

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