车用锂电池相变材料—热管耦合散热研究

电动汽车是以电能为动力源的汽车,相比于传统汽车,其优点有排放污染少,噪声小、能源利用率高。动力电池作为电动汽车的能量来源,其散热系统关系到电池的使用安全,电池温度的分布特性不仅影响其转换效率和寿命,更影响其使用安全。采用相变材料不仅能将电池组温度控制在阈值以内,同时还能使得温度分布的更均匀,热管的使用可以强化电池散热。因此本文提出并设计了基于相变材料-热管耦合的电池散热系统。以38120圆柱形锂离子电池为研究对象,研究相变材料-热管散热系统对电池组温度及温差的控制作用。本文的主要研究内容与结论如下:1.研究电池内阻同SOC、温度的关系,计算38120锂电池热物理参数,计算不同放电倍率下电池的生热速率。对单体电池进行1.5C、2.5C倍率放电实验,对单体锂电池在1.5C、2.5C放电过程中的温升过程进行了仿真模拟。2.研究了相变材料-热管耦合散热系统对电池组温度及温差的控制作用。在不同散热条件下,对电池组进行5C、2.1C放电实验。相比自然冷却,利用相变材料散热,电池组的温度及温差控制都十分有效。相变材料-热管散热系统在结合使用翅片及风扇时,电池组的温度又进一步降低。3.建立相变材料散热系统的仿真模型,对电池组的温度进行仿真分析,仿真与实验结果接近。研究了导热系数对散热系统性能的影响,相变材料导热系数的增大有助于降低电池最高温度,但相变材料的导热系数增大至一定程度,电池温度下降趋势趋于平缓。4.研究了相变材料-热管散热系统在高温环境时的散热性能,选取1.1C、2.1C、5C放电倍率进行实验。实验表明,相变材料的熔点可视为一个阈值,保证了电池组在极限工况下的温度也能抑制在此阈值之下。高导热性使复合相变材料很好的加强了电池组的散热;热管结合翅片及风扇,对电池组的温度有进一步的控制作用;相变材料的潜热、高导热性及热管的散热作用较好的抑制高温环境下电池组的温度上升。