鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1041次 | 2022年10月09日
未來全固態(tài)電池要冷卻嗎？
全固態(tài)電池“讓各路英雄竟折腰”，其中作為電池的保鏢，安全保障、功能保障的熱管理系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)，又該是什么樣的景象呢？
豐田提出全固態(tài)電池不需要冷卻
前期，豐田在各種不同場(chǎng)合，多次闡述其研發(fā)的全固態(tài)電池特點(diǎn)，除了重要的高安全特性，還解決和滿足了長(zhǎng)續(xù)駛里程需求，快充電特性，同時(shí)，還不需要冷卻，體積可以縮減一半。（下圖為目前應(yīng)用典型的電池系統(tǒng)冷卻板體積）
讓我們掀開全固態(tài)電池關(guān)鍵指標(biāo)一角，探究一下這些特點(diǎn)的生成原因。
全固態(tài)電池耐熱特性、低溫特性、倍率特性突出
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
來自KentaroYOSHIDAandKeizoHARADA“All-Solid-StateLithiumBatterieswithWideOperatingTemperatureRangeMitsuyasu”對(duì)基于硫化物全固態(tài)電池做的幾項(xiàng)測(cè)試（主要針對(duì)小容量電池的測(cè)試）：
高溫耐受性測(cè)試：從下圖示，電池在高溫170℃規(guī)定的充放電（Thetestconditionswereaconstantcurrentof0.3mAcharge/discharge,chargedto0.3mAh,anddischargedto3.0V）、循環(huán)條件下，可以觀察到，容量在高溫下，非常穩(wěn)定，變化很小，也就是說，副反應(yīng)并沒有顯著的增加。
低溫耐受性測(cè)試：從下圖示，電池在低溫-40℃規(guī)定的充放電（Thetestconditionswereaconstantcurrentof0.02mA,chargedto0.02mAh,anddischargedto3.0V）、循環(huán)（試驗(yàn)條件為恒流0.02mA，充至0.02mAh，放電至3.0V）條件下，可以觀察到，容量因低溫影響，也是非常小的，仍然有很穩(wěn)定的放出和充入。
放電倍率特性：如下圖示，常溫下，在24C高倍率下放電，容量為低速率0.5C下的89%，說明該電池具有優(yōu)良的功率特性。
上述測(cè)試條件，相比現(xiàn)在的商業(yè)化動(dòng)力電池確實(shí)還有很大的局限性和差距，但是固態(tài)電池從娘胎里帶來的優(yōu)點(diǎn)還是非常明顯的，在如此高的溫度條件，表現(xiàn)如此穩(wěn)定，安全性可見一斑。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
對(duì)于一般液態(tài)電解質(zhì)電池，其策略保護(hù)，高溫＞50℃進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)；70℃進(jìn)入熱失控風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。低溫環(huán)境，＜0℃限制充電電流。電池在很窄的15～45℃范圍內(nèi)才能穩(wěn)定的工作。同時(shí)，為了保證電池系統(tǒng)的壽命，溫差范圍要求控制在＜5℃。
其實(shí)，熱管理的作用，首先是保障電池安全，其次才是保障特性功能的最好發(fā)揮。如果電池本身在高低溫下就很安全。那么，對(duì)熱管理的需求會(huì)相應(yīng)降低。
全固態(tài)電池大大降低了對(duì)冷卻系統(tǒng)的依賴
有資料顯示，全固態(tài)電池耐熱性在（80～120℃）、阻燃性（200℃），均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有應(yīng)用的液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池。這主要與電解質(zhì)形態(tài)和結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系。
全固態(tài)電池使用的固體電解質(zhì)，是區(qū)別于液態(tài)有機(jī)電機(jī)解質(zhì)的主要特征材料，現(xiàn)在主要研究的有兩種類型，氧化物和硫化物。目前包括豐田的全固態(tài)電池，主要是基于硫化物類型全固態(tài)電池研究。
現(xiàn)在應(yīng)用的液態(tài)電解質(zhì)電池，也并非都是裝備有水冷板的熱管理系統(tǒng)。早在日本NissanleafEV車上，一直延續(xù)著沒有冷卻板，依靠電池殼體自然冷卻的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
對(duì)于EV電池系統(tǒng)，主要滿足較低倍率的充放電功率需求，在冷卻方面對(duì)熱管理表現(xiàn)的沒有功率型的HEV明顯。但是在低溫環(huán)境，環(huán)境適應(yīng)性是得不到滿足的。所以說，對(duì)于全溫度的工況需求，更多的增加了水冷板式的熱管理系統(tǒng)。
這本身也是矛盾的。現(xiàn)有龐大的水冷系統(tǒng)，從成本角度，體積方面，都是不利的。
全固態(tài)電池耐熱性溫度范圍放大，安全性得到了保障。削弱了對(duì)水冷系統(tǒng)的依賴性。契合了解決成本和體積矛盾的想法。
盡管全固態(tài)電池如此誘人，但是，還不能停止現(xiàn)有熱管理技術(shù)的發(fā)展的腳步。
豐田表示，其全固態(tài)電池仍需10年的發(fā)展才能成熟
全固態(tài)電池要想全面大批量投入生產(chǎn)和應(yīng)用，還需要很長(zhǎng)的一段時(shí)間。
豐田表示：“我們確實(shí)說過，希望在本世紀(jì)20年代初提供固態(tài)電池。但事實(shí)上，這不會(huì)是大規(guī)模生產(chǎn)的基礎(chǔ)上。我們將小批量的試產(chǎn)開始，用于試點(diǎn)項(xiàng)目，我們永遠(yuǎn)不會(huì)在客戶身上做實(shí)驗(yàn)。2030年，可能是更現(xiàn)實(shí)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)”。下圖是豐田技術(shù)路線規(guī)劃表。
熱管理高效和節(jié)能，需要繼續(xù)探索和研究
從Tesla車型演變案例觀察分析：
Tesla產(chǎn)品，一直以來引起地球人足夠的好奇。其設(shè)計(jì)的精妙也確實(shí)堪稱典范。正如ElonMusk對(duì)團(tuán)隊(duì)的管理和要求一樣，在他們眼里“沒有做不到的事情”。
在熱管理功能單元組合中，透過產(chǎn)品的演變狀態(tài)，可以看出一些端倪。
結(jié)束語
全固態(tài)電池通過不斷的研究，商業(yè)思路已非常清晰。其中，配套的熱管理系統(tǒng)，也需要同步的跟進(jìn)和發(fā)展。“不需要冷卻”的說法，難免有斷章取義之嫌，我想豐田應(yīng)該也不是這個(gè)意思，一定是有所限，有所指，留得后期認(rèn)真思考和啟發(fā)。
同時(shí)，在目前的熱管理應(yīng)用方面，做到高效、節(jié)能，仍然有很多工作需要做：從終端的冷卻板結(jié)構(gòu)，到管理的控制技術(shù)，電池溫度精準(zhǔn)采集傳感技術(shù)、溫度異常熱失控主動(dòng)防御技術(shù)，管理策略等等，都在等著我們研究和分析。
