Проблема накопления и сохранения электроэнергии является одной из ключевых в энергетике и других областей электротехники. Наряду с вопросами физики, технологии, схемотехники и конструкции аккумуляторных батарей (АБ), реализация модулей, модульных сборок и на их основе АБ является определяющей и включает много факторов. Одними из решающих факторов обеспечения надежности АБ являются механическая и электрическая прочность, а также вопросы теплоохлаждения аккумуляторов в составе АБ. Цель работы состоит в анализе технических решений в части повышения эффективности теплоохлаждения аккумуляторов (ячеек), модулей и модульных сборок с учетом обеспечения механической и электрической прочности в различных условиях применения.
Характеристики аккумуляторной батареи (АБ) в первую очередь определяются параметрами элементов (ячеек). Основными из них являются удельная мощность, удельная энергия, допустимые токи заряда-разряда в долях емкости С, число выдерживаемых циклов и др. Имеется возможность оптимизации параметров: так, литий-никель-кадмий-алюминиевые (NCA) обеспечивают наибольшую удельную мощность (до 104 Вт/кг), никель-марганец-кобальтовые (NMC) обеспечивают наибольшую удельную энергию до 180 Вт·ч/кг, а самые широко распространенные литий-железо-фосфатные LiFeP04 обеспечивают промежуточное положение сравнительно с вышеуказанными типами ЛИА.
На рис. 1, по данным [7], приведены сравнительные характеристики элементов: NCA – зеленым, NMC – желтым, а литий-железо-фосфатные – синим цветом, причем градации элементов фирмы Saft (США) – VL типа U, V, Р, М и Е позволяют комплектовать батареи с разными характеристиками. Там же коричневым цветом даны характеристики свинцово-кислотных и никель-кадмиевых элементов, которые значительно уступают показателям ЛИА. Область характеристик конденсаторов большой емкости бледно-желтого цвета существенно уступает ЛИА на порядок и более в части удельной энергии, но в части разрядных токов сопоставимы и достигают 10–100 С.
На рис. 2 приведен вид и составные части ячейки АБ фирмы Saft (США), который показывает сложную структуру ячейки и необходимость при сборке АБ и модулей обеспечивать механическую, электрическую прочность и условия охлаждения и теплоотвода.