发热导热石墨膜在电动汽车电池热管理的应用研究

能源和环境问题的双重压力下,电动汽车的优势日益凸显。锂电池大功率充放电时发热严重,会引发热失控等危险,不利于电动汽车全领域推广。电池组热管理可改善电池性能。开发新型的电池热管理对推动电动汽车发展具有重要意义。本课题基于石墨材料优异的导电、导热性能,分别制备发热膜和高导热膜,并将其应用于电池热管理的低温预热电池和高温散热。设计安全高效的锂离子电池充/放电电路,采用串并联的方式实现了实验室条件下大电流充/放电;测试充/放电电池发热情况,在12-20 A范围内,电池充/放电电流值越大,电池发热越严重,20 A电池放电时,电池最高温度可达40.7℃。制备石墨纳米片(GNP)/聚氨酯(PU)混合浆料,通过成膜法制备复合发热膜,通过改变GNP含量及膜厚度可控制发热膜方阻及电阻率,PU:GNP=10:4制备的发热膜方阻□为100Ω/□,拉伸应变值达52%,抗拉强度为9.05 MPa。将制备的发热膜应用于电动汽车电池预热,结果表明:功率面密度为2000 W/m2加热单体电池可在0.11 h加热电池至20℃,电池相对两侧面设置5000 W/m2发热膜加热电池可在0.24 h内加热电池各部分至0℃,电池温度均匀性好,最大温差仅为10℃。采用热解石墨膜为原料,聚氨酯为胶层,层叠热压制备多层导热膜,通过改进涂胶工艺、叠膜工艺及热压工艺制备了导热性好的高导热膜复合材料,导热膜横向热扩散系数为600 mm2/s,纵向热扩散系数仅为4.5 mm2/s,层叠热压工艺制备的多层高导热复合膜力学性能及导热性能得到增强,研究发现:导热复合膜的散热效果优于镁、铝合金;在1-16层范围内,导热膜层数越多,散热效果越好;在0-15 cm范围内,热量导通路径越短,散热效果越好;导热膜弯曲不影响散热,但弯折90o使散热效果变差;液冷板置于电池模块底部散热,散热效果相对较差,电池最高温度为27.5℃,但结构简单,对电池组原有结构改动较少;液冷板置于电池模块侧面散热,散热效果较好,电池最高温仅为24.5℃,但成本高,对电池组系统原有结构有较大改动。