基于相变材料的动力电池热管理研究

由于汽车的增长,我国石油对外依存度已经高达65%,而在这其中,仅汽车产业就消耗了总量的三分之一左右。电动汽车的发展是推动中国汽车产业转型升级,抢占制高点的当务之急,电动汽车技术中的动力电池系统技术也得到提高,其中电池热管理系统BTMS安全性日益得到重视,动力锂离子电池是电池热管理系统BTMS的重要组成部分。电池管理系统BMS的热性能可以通过冷却方法增强,然而在基于相变材料的研究中却很少。本文研究热管、环境温度、热管的数量对相变材料的热性能的影响,其中冷却策略对热性能影响至关重要,相变材料在热管理和热能利用方面具有良好的性能。导热铜管可以利用其优点来弥补相变材料的低导热性,以及将相变材料与电池表面连接起来作为良好的桥接。本文旨在基于相变材料的软包动力电池热管理进行数值模拟研究;另一方面针对面向复合相变材料与导热铜管耦合热性能进行实验研究,结论如下:对于基于自然对流的电池热管理模块,电池的最高温度主要分布在极耳的正极(右),且极耳的最高温度高于电池壳体的最高温度。电池壳体的表面温度随着环境温度增大而扩散,且平均温差在4℃以上,产生严重的产热不均效应。电池热管理模块在电池周围填充PCM后,电池极耳极温明显下降,电池表面的均温性较好,热量主要分布在中心区域。随着环境温度的增加,降温效果更加明显,能在一定程度的上控制局部温差的稳定。在强制对流散热系统中,在不同功率放电的过程中,当环境温度较高时,强制对流工况对动力电池组进行散热已经失效,无法实现降温散热的功能。在复合相变材料耦合散热系统中,在环境温度较高的过程中,PCM/泡沫铜/平板热管复合相变材料耦合模块相对单纯的PCM模块具有更好的动态散热性能,在通过改变PCM/泡沫铜/平板热管复合相变材料用量的情况下,经过实验验证,对于面向PCM/泡沫铜/平板热管复合相变材料的耦合模块用量为343.7g时,提高了电池表面的散热效果,能起到良好的保护作用,提高散热效率,优于其它耦合模块,具有较好的循环散热工作性能。