热电池简介
动力电池热管理介绍
动力电池热管理介绍动力电池热管理是指针对动力电池在使用过程中产生的热量进行有效管理和控制的技术。
由于动力电池在充放电过程中会产生大量的热能，如果不能有效管理和控制热量，将会对电池的性能、寿命和安全性产生不利影响。
动力电池的热管理主要包括以下几个方面的内容：一、散热系统散热系统是动力电池热管理的重要组成部分，其主要功能是通过散热器、散热风扇等设备将电池组产生的热量散发到外部环境中。
散热系统的有效性直接影响着电池的热管理效果。
目前常见的散热系统有空气散热和液冷散热两种方式，根据不同的应用场景可以选择合适的散热方式。
二、温度传感与控制温度传感与控制是动力电池热管理的关键技术之一。
通过在电池组内部设置温度传感器，可以实时监测电池的温度变化，并根据实际情况进行温度控制。
当电池组温度过高时，可以通过控制散热系统的工作状态来降低电池的温度，从而保证电池的安全性和稳定性。
三、热传导与分布均衡热传导与分布均衡是动力电池热管理的关键技术之一。
电池组内部由于电池单体之间存在微小的差异，可能会导致电池单体之间的温度分布不均衡。
这种不均衡会引起电池单体的老化和损坏，进而影响整个电池组的性能和寿命。
为了解决这个问题，可以通过优化电池组的结构设计，增加热传导通道，提高热传导效率，从而实现电池单体之间的温度均衡。
四、热管理策略热管理策略是指在电池组使用过程中针对不同的工况制定相应的热管理措施。
例如，在高温环境下，可以采取降低电池充放电速率、减小电池组的负载等方式来降低电池的温度。
在低温环境下，可以采取预热电池、增加电池充放电速率等方式来提高电池的温度。
通过合理制定热管理策略，可以最大限度地提高电池的性能和寿命。
动力电池热管理的研究和应用对于推动电动汽车和储能技术的发展具有重要意义。
通过有效管理和控制电池的热量，可以提高电池的安全性、稳定性和寿命，进而提高电动汽车的续航里程和使用寿命，加速电动汽车的普及和推广。
同时，动力电池热管理技术的应用也有助于提高储能系统的效率和可靠性，促进可再生能源的利用和储存。
燃料电池简介
2007-2011全球燃料电池发电功率（根据地区划分）
单位：MW
资料来源：Fuel Cell Today
2010年全球各技术类型燃料电池发展状况
根据出货量划分
PEMFC：质子交换膜燃料电池 S O F C：固体氧化物燃料电池 A F C：碱性燃料电池
资料来源：Fuel Cell Today
根据发电功率划分
质子交换膜燃料电池PEMFC
• 质子交换膜燃料电池的关键材料与部件为：1)电催化剂；2)电 极（阴极与阳极）；3）质子交换膜；4）双极板。 • 质子交换膜燃料电池的工作温度约为80℃。在这样的低温下， 电化学反应能正常地缓慢进行，通常用每个电极上的一层薄的 白金进行催化。 • 每个电池能产生约0.7伏的电，足够供一个照明灯泡使用。驱 动一辆汽车则需要约300伏的电力。为了得到更高的电压，将 多个单个的电池串联起来便可形成人们称做的燃料电池存储器。 • 质子交换膜燃料电池PEMFC 以其工作温度低、启动快、能量 密度高、寿命长、重量轻、无腐蚀性、不受二氧化碳的影响， 能量来源比较广泛等优点特别适宜作为便携式电源、机动车电 源和中、小型发电系统。可以考虑用来发展燃料电池汽车 （FCEV）。
……
燃料电池的发展现状
燃料电池可提供多样化的能源解决方案，将来极有可能替代传统的电 源供应装置，如电池、内燃机。燃料电池的应用及其广泛，从家庭供 电供热、移动电子设备供电到汽车动力推进系统。 根据燃料电池的应用方式，一般分为移动型（Portable)、固定型 (Stationary)、交通运输型(Transport)； 2010年，全球燃料电池总出货量同比增长40%，达到了创历史记录 的23万套，其中，移动型燃料电池约占总出货量的95%。值得注意的 是，2010年全球销售的燃料电池中有超过97%使用的是PEMFC，即 质子交换膜燃料电池技术，该类型燃料电池被认为最适合应用于新能 源汽车。
热电池的可靠性模型
高导电率的离子导体 ， 从而使 电池激活。在短时 间 内 ，即 可 给 用 电 器 供 给 所 需 的 直 流 电 压 及 电 流 ］ 。热 电 池 主 要 由 点 火 装 置 、 火 装 置 、 池 引 电
堆、 绝缘 保 温 装 置 、 封 装 置几 部 分 组 成 。电池 堆 密
弹、 核武器、 火炮等现代化武器的理想引信电源， 在 军事 领域 占有 重 要 位 置 ＿ 。 目前 在 研 制 的武 器 ３ 一Ｊ
池的 系统可靠度 ；累积可靠度和参数可靠度 。利 用可靠性模型来 寻求更合理 的评估 方法。 关键 词 ：热电池 ；可靠性评估；仿 真模拟
中图分 类号 ：Ｔ １． ６ Ｍ９ １ １ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１７ ６ ２ （ ００ ３－ ０ ２－ ３ ６ ３— １５ ２ １ ）０ ０ ５ ０
５ — ２
第 ５卷
第 ３期
贵 阳学 院学报 （ 自然 科学版 ） （ 季刊 ）
Ｊ ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＧＵＩ Ｏ ＹＡＮ Ｃ Ｌ Ｅ Ｇ ＯＬ ＥＧ
Ｖｏ ． Ｎｏ ３ Ｉ５ ．
２１ ０ ０年 ９月
Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅ Ｑ ａ ｅ ｙ ａｕａ Ｓｉ ｃｓ（ ｕ￣ ｄ ） ｅ
Ｓ ｐ ０１ ｅ ．２ ０
２ ａｈｍ ｔ ｓＤ ｐ ｒ ｅｔ ｆ ｕ ａ ｇＣ ｌ ｇ ， ｕ ａ ｇＧ ｉ ｏ ５０ ５ ｈｎ ．Ｍ ｔｅ ａ ｃ ｅ ａ ｍ ｎ ｉ ｎ ｏ ｅｅ Ｇ ｉ ｎ ｕ ｈｕ５ １ ２ ，Ｃ ｉａ） ｉ ｔ ｏＧ ｙ ｌ ｙ ｚ ３
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｉ ｔｏ ｕ ｅ ｈ ａ ｉ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ｅｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｅｃ ｓ ｔ ｅ ｂ ｓｃ ｓｒ ｃｕ ｅ ａ ｄ ｐ ｒ ｍａ ｃ ｆｔ ｈ ｒ ｌｂ ｔ ｙ，ｓ ｖ ｓｔ ｅ ｆ ｎ ｔ ｎ ａ ｄ ｒｌ — ｎ ｏ ｈ ｍ ｅ ｉ ｅ ｃｉ ｎ ｅ ａ ｈ ｕ ｏ ｉ
1.太阳能电池简介
印刷 烧结
测试
PERC电池工艺流程图
制绒
扩散
刻蚀 抛光
背钝 化
正面 镀膜
激光 开槽
印刷 烧结
电注 入
测试
PERC电池——背抛
Talesun confidential
目的：削平金字塔塔尖，减少背表面悬 挂键，降低表面复合速率，增加内反射
PERC电池——背抛
Talesun confidential
PERC电池——背钝化
Hale Waihona Puke （1）如下：5POCl3 >600 ℃ 3PCl5+P2O5
(1)
生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：
2P2O5+5Si
5SiO2+4P
(2)
POCl3热分解时，如果没有外来的氧（O2）参与其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分
解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来O2存在的情况下，PCl5会进
一步分解成P2O5并放出氯气（Cl2）其反应式如下：
4PCl5 +5O2 过量氧 2P2O5 +10Cl2
(3)
刻蚀原理及目的
目的1：利用HNO3和HF的混合液体 对扩散后硅片下表面和边缘进行腐 蚀,去除边缘的N型硅,使得硅片的上 下表面相互绝缘。 边缘刻蚀原理反应方程式： 3Si + 4HNO3+18HF =3H2 [SiF6] + 4NO2 + 8H2O
需要强调指出：内建电场（PN结）可以有效地将少子（电子和空穴）进行分离；PN结是不能简
单地用两块不同类型（P型和N型）的半导体接触在一起就能形成的。
热电池
3.4 热电池及其特性热电池是以熔盐作电解质，利用热源使其熔化而激活的一次储备电池。
由于具有很高的比能量和比功率、使用环境温度范围宽、贮存时间长、激活迅速可靠、结构紧凑、工艺简便、造价低廉、不需要维护等优点，一问世就受到军界的青睐，发展成为导弹、核武器、火炮等现代化武器的理想电源，在军事领域占有重要位置。
常用热电池包括以下几种：l)镁系热电池；2)钙系热电池；3)锂系热电池。
随着热电池技术的不断发展，电化学体系的不断繁荣，热电池的体系有了很大扩展。
早期的热电池以镁/氯化钾一氯化锂/氧化铁为主，然后过渡到钙/氯化钾一氯化锂/铬酸钙和钙/氯化钾-氯化锂/铬酸锌体系，随着锂合金阳极、全锂电解质以及二硫化铁和二硫化硅阴极的使用，热电池的研究重点转移到锂热电池方面，其突出特点是比能量高，无噪声，内阻较低，工作温度范围宽，更适合在高电流密度条件下使用。
由于热电池依靠高温使电解质熔化而导电，电池可以广泛地应用在旋转弹和非旋转弹中；由于热电池的作用时间取决于电解质余物融化和导电的时间，因此，为了延长电池的工作时间，通常需要有保温材料对电池保温；热电池对使用温度不敏感，在±50℃条件下使用性能差别不大；热电池的激活时间通常长达数百毫秒，但相对散布小；工作时间一般能达到几分钟。
表1为几种室温锂电池与锂热电池的性能比较情况。
室温锂储备电池与锂热电池相比，优点是工作温度低，工作电压高，不需要加热，激活时间短，工作时间长，反应过程放热小，对引信其它零部件无热影响；不足之处在于室温锂电池的工作电流密度较锂热电池小，不利于大功率放电。
表1室温锂电池与锂热电池性能对比由表1可见，室温锂电池的能量密度大，其中锂/亚硫酞氯原电池的能量密度最大，可高达440Wh/kg，而锂热电池中，能量密度最高的锂硅/二硫化钴电池的能量密度也仅有75Wh/kg，二者相差近6倍。
从表1中还可以看出，同为室温锂电池，储备电池的能量密度和功率密度均比原电池小，这其中的主要原因在于：储备电池中的储液瓶及激活机构占用了大量的电池内部空间，使得储备电池的功率密度和能量密度均为原电池的几分之一甚至几十分之一。
燃料电池
源及电动车辆
23
PEMFC发电系统面临的主要课题
实用的完整的PEMFC发电系统有4个功能单元： 燃料及氧化剂供给单元； 电池湿度、温度调节单元； 功率变换单元； 系统控制单元。
的减少量-Δh中一部分以热量形
式传给了外界。
8
四、燃料电池的有效效率
有效效率
e
We H
电功 ，即实际产生的有用功 定压定温—反应物的焓差；
燃料电池有效效率 定容定温—反应物的热力学能差值
电池理论最大有用功
W u ,max e Jt
t
W u,max H
燃料电池热效率，在燃料电 池进行可逆反应时即是电池
ca c T ln (I/A i0 )
常数
（6）燃料电池的温度系数为负值。即温度升高，电动势减小， 电池工作时，向环境等温放热。实验表明：电池电动势与 工作温度有以下简单线性关系：
T
p
b
（b>0，是与温度T无关常数） 幻灯片 16
（7）燃料电池的输入，输出口的温度和压力均相同。
14
燃料电池装置不可逆熵产率
t
1
Qrev H
燃料电池的热效 率不受卡诺循环 效率的限制
Q 选re与v 择反燃应料物电的池性工质况有，关应，使在给Q r定，e v 的也外即部使条件 的 T时 绝 应p 对选值择最使小热。 效率达到最大值的物质作为反应物。
（2）燃料电池内部的不可逆性，部分能量转换成无效热，使燃
料电池有效效率相应地降低，这时，实际效率
这些费用，包括动力设备的维修费， 使用程度的维修费用。
锂离子动力电池的性能充放电特性安全性热特性
采用快充技术，锂离 子动力电池可以在很 短的时间内完成充电 。例如，某些先进的 锂离子动力电池可以 在15分钟内充满80% 的电量
2
第2部分
安全性
安全性
1. 无记忆效应
锂离子动力电池没有记忆效应，这意味着它可以在任何时候进行充电或放电，而不会影响 电池的性能或寿命
安全性
2. 过充过放保护
充放电特性
3. 自放电率低
锂离子动力电池的自放电率很低，只有大约 每月1%-2%。这意味着即使在长期存储过程 中，电池的电量损失也很小
充放电特性
4. 充电周期长
锂离子动力电池的充 电周期较长，通常可 以使用2000次以上的 充放电循环。这使得 电池在长期使用过程 中，可以保持较高的 性能和容量
充放电特性
20XX
锂离子动力电池的性能 （充放电特性，安全性， 热特性）
XXXXX
时间：20XXXX.XX
-
充放电特性 安全性 热特性
锂离子动力电池的性能（充放电特性，安全性，热特性）
锂离子动力电池作为现代电 动汽车和混合动力汽车的主 要能源之一，具有许多优异 性能，以下从充放电特性、 安全性和热特性三个方面进
3
第3部分
热特性
热特性
1. 热稳定性高
锂离子动力电池的热稳定性很高，在正常充放电条件下，电池的温度可以保持在正常范围 内。即使在极端情况下，例如电池短路或过度充电，锂离子动力电池也不会像铅酸电池那 样容易发热或锂离子动力电池在充放电过程中的温度维持在正常范围内，通常会采用有效的冷 却系统。这可以防止电池过热，延长电池的使用寿命
-
XXXX
感谢观看
时间：20XX.XX.XX
锂离子动力电池具有过充过放保护功能，当电量过高或过低时，电池会自动关闭，以防止 电池损坏和安全事故发生
热电池.
热电池的结构与组成
单体电池： 正极、负极、 电解质、 集流片、 电热片。
锂合金/硫化物体系热电池
目前热电池广泛应用的电化学体系为Li合金 /MS2。 其中负极Li合金可以是LiAL合金、LiAi合金、 LiB合金或者LAN(Li-Fe材料)。正极MS2可以是FeS2 或CoS2。 热电池的单体电池电压在2.0V±0.1V范围。
锂合金/硫化物体系热电池
姓名：姬振江 院系：材料科学与工程学院
锂合金/硫化物体系热电池
热电池的特点与发展历程 热电池的结构与组成 锂合金/硫化物体系热电池经典结构 锂合金/硫化物体系热电池化学反应原理 锂合金/硫化物体系热电池工作特性 热电池的发展趋势
热电池的特点
人们将热电池定义为: 用电池本身的加热系统把不 导电的固体状态盐类电解质加热 熔融呈离子型导体而进入工作状 态的一种热激活储备电池。
热电池发展趋势
热电池的未来发展基本目标是提高比特性，增长工作寿命，以满足 不同的需求。 主要由以下方面发展： 开发和使用高电压正极材料 开发和使用具有高离子电导率的低熔点电解质 发展高效绝缘的隔热材料 降低结构材料质量
大多数电池只使用第一个反应过程。
锂合金/硫化物体系热电池工作特性
单体电池工作电压为1.7V-1.9V，放电电压平稳 稳态工作电流密度大于400mA/ cm2 工作电流密脉冲负载可高达10 A/ cm2 电池内阻低，切工作期间稳定，没有电噪音 电极利用率高，较长的工作寿命，同时显示高比容量、高比能量和高 比功率。 工作环境温度范围大（-55℃~85℃），良好的机械性能
锂合金/硫化物体系热电池经典结构
Li合金/FeS2单体电池结构包括： （1）Li负极，片式合金粉或者锂金属组合片。 （2）片式电解质片，电解质共晶盐和MgO粘合剂 组成。其中共晶盐可以是LiCl-KCl、LiF-KBr或者 LiCl-KBr-LiBr。 （3）片式正极片，FeS2和加了MgO或SiO2粘合剂 的电解质组成。 （4）片式电热片，火焰级Fe粉和KClO4组成。 （5）集流片，Fe或不锈钢。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
➢特点和分类Leabharlann 优点：✓具有很高的比能量和比功率:负极材料活性、高电势 负
✓大功率放电：比电导高、稳态电流A/cm2级放电
✓使用环境温度范围宽；-50~+70度
✓贮存时间长：大于15年，无自放电
✓激活迅速可靠：大多小于1min
✓结构紧凑、工艺简便
缺点：
✓造价低廉、不需要维护等 ✓电池制造环境湿度小于5%；全
密封电池结构。
✓工作时间短
✓工作表面温度高
✓使用单一
➢特点和分类
负极材料类型： l)镁系热电池 2)钙系热电池 3)锂系热电池
使用功能类型： l) 快速激活：0.2s内激活的救生电池 2) 短工作寿命功率型：常规战术短程导弹 3) 中长寿命高比特性：水下动力源 4) 高电压型：高过载型， 炮弹、导弹用
电池装配：控制水分在300mg/kg以下
➢工作原理
✓热寿命 电池内部电堆有 效工作时间，取 决于电池的设计
✓电化学反应寿命
电化学体系和放 电条件
➢钙镁阳极系列热电池
✓钙/铬酸钙热电池
（-）Ca|KCl-LiCl|CaCrO4（+）
特点：
高工作电压； 稳态工作电流密度小于 200mA.cm-2； 优异的力学性能； 600度以上工作引起热失控
➢组成与结构
引燃系统、加热系统、 电堆、绝缘保温系统、 不锈钢外壳、金属/玻璃 绝缘子、盖体组件等。
✓ 引燃系统：将电池内部 的加热系统迅速点燃；发 火元、高速引燃条
电激活：内置点火头； 机械激活：撞击式火帽
热电池结构
➢组成与结构
✓加热系统：在极短的时间内提供足够的热量是电解质熔融，电池 进入工作状态；提供电池有效工作时间内的所需的热量。 由加热 片和加热围子组成。
特点： 开路电压：2.7V 稳态工作电流密度小于200mA.cm-2； 工作寿命小于30s； 电池内阻大，噪声小 环境适应性强
应用：高过载弹载功率型电源
➢锂合金系列热电池
（-）LiMx|KCl-LiCl|FeS2（+）
M：Al、Si、B
4Li+FeS2=2Li2S+|Fe
特点：
高的比能量、比功率 工作电压：1.7-19V 稳态工作电流密度大于 400mA.cm-2； 工作寿命3min； 电池内阻不变，无噪声 温度范围-55~85度 工作温度不超过550度
表2 热电池常用电解质主要性能参数
➢锂合金系列热电池 隔膜：BN毡、Y2O3石棉纸或毡
➢锂合金系列热电池
✓ 一般热电池多应用于武器和军事装置作引信电源。 ✓ Li-Al-FeS2，Li-Si-FeS2已经研制成功，多用于导弹、核
武器、火炮等军用装备。 ✓ 未来宇航、鱼雷、潜艇以及民用装备。
表1 锂系热电池与钙系热电池性能比较表
➢概述
✓ 贮存时电解质为不导电的固体，使用时用电发火头或 撞针机构引燃其内部的加热药剂，使电解质熔融成为 离子导体而被激活的一种储备电池。又称热激活储备 电池（heat activated reserve battery）
✓贮存时间理论上是无限的，实际达10年以上。
➢发展历史
✓最早德国人Erb博士在第二次世界大战末期发明 ✓1948年Wurlitzer公司生产出第一枚热电池 ✓1955年美国SAND实验室研制工作寿命为5min的热电池 用于核武器。 ✓20世纪50年代，美国海军与E-W公司链式研制成功片式 Mg-V2O5热电池。 ✓1966年片型Ca-CaCrO4热电池在美国投产 ✓20世纪70年代SAND研制成了小型片状LiMx-FeS2热电池。
➢钙镁阳极系列热电池 ✓钙/硫酸铅热电池
（-）Ca|KCl-LiCl|PbSO4-KCl-LiC（+）
特点：
开路电压：2.5V 稳态工作电流密度 100~200mA.cm-2； 工作寿命小于60s； 工作温度小于100度
➢钙镁阳极系列热电池
✓镁/V2O5热电池 （-）Mg|KCl-LiCl-粘结剂V2O5（+）
锆与铬酸粉末加热片：点火灵敏度高，用于快速激活、工作寿命 短的热电池
铁粉与氯酸钾机械激活：压制、在层状电堆中作集流体 ✓电堆：
电堆结构
➢组成与结构
✓绝热保温系统：组织电池内部热量向外流失。 石棉、二氧化硅气凝胶
用于我国陆基机动远程导弹引 控系统热电池的保温套筒
➢组成与结构
✓电池堆结构
Cup：open and closed type