基于相變散熱的動力電池熱管理技術研究.pdf

1、伴隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，能源危機及環(huán)境污染等問題日益突出。以電動汽車為代表的新能源汽車由于在能源利用率和節(jié)能減排等方面具有比傳統(tǒng)車輛更獨特的優(yōu)勢，將成為未來汽車發(fā)展的主流方向。作為新能源汽車核心部件的動力電池，其安全性能將會對整車的總體性能產生直接或間接的影響，而動力電池系統(tǒng)中合理的熱管理技術可以有效改善電池組的性能和壽命等，保證電池組的最高溫度和最大溫差在合理運行溫度范圍內，從而提高電池組的安全可靠性。因此，深入研究動力電池組熱管理

2、技術具有非常重要的意義。
　　 論文研究了磷酸鐵鋰電池產熱機理，分析總結了熱管理技術國內外研發(fā)現(xiàn)狀，重點研究基于復合相變材料(PCM)的熱管理技術。通過制備泡沫銅/石蠟復合材料并對其性能進行表征，將泡沫銅/石蠟和石墨/石蠟兩種相變模塊進行不同放電倍率和不同工況的實驗測試。最后通過電池組裝車測試分析電動車實際運行過程中相變冷卻技術和空氣冷卻技術的散熱效果，為動力電池熱管理系統(tǒng)的實際開發(fā)提供一定的借鑒。論文主要研究內容如下:

3、　　 首先，對電池模塊的產熱原理進行了研究，并針對產熱過程中的重要因素進行分析，主要包括固體電解質膜的分解、正極分解、負極和電解液以及粘合劑的反應、電解液的分解等。并從熱力學的角度對相變材料冷卻時模塊產生的熱量進行理論分析，對相變材料用量進行計算。電池的產熱機理分析為后續(xù)的實驗研究提供重要的理論指導意義。
　　 其次，制備泡沫銅/石蠟復合材料，采用導熱系數(shù)測試、掃描電子顯微鏡測試和X射線衍射測試對復合材料的性能進行了表征。導熱

4、系數(shù)測試結果說明，與純石蠟(0.21W·m-1·K-1)相比，泡沫銅的添加使復合材料的導熱系數(shù)最大提高了15.93倍，達到4.3 W·m-1·K-1。即泡沫銅作為添加劑，彌補了石蠟導熱系數(shù)低的缺陷，從而使復合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的導熱性能。SEM圖分析表明純泡沫銅中的通孔被液體石蠟完全均勻填充，能夠保證足夠的填充量，提高復合材料的導熱性能。XRD譜圖顯示泡沫銅的添加并沒有影響石蠟作為基體的化學穩(wěn)定性，兩者復合后沒有新的相產生。
　　

5、再次，泡沫銅/石蠟42110相變電池模塊的室溫實驗數(shù)據(jù)結果表明最高溫度和最大溫差分別被控制在55℃和5℃以內，能夠保證電池在合理的溫度范圍內工作，并保持良好的溫度均一性。石墨/石蠟42110相變模塊實驗數(shù)據(jù)表明電池的最高溫度隨著放電倍率的增加逐漸的上升，室溫5.0C放電時最高溫度達到40.89℃，最大溫差在5℃以內，即模塊的溫度性能能夠滿足電池的散熱需求。低溫工況下3.0C放電時，最高溫度達到32.38℃，高溫工況下5.0C放電時，最高

6、溫度被控制在44.72℃。通過以上兩種相變模塊測試數(shù)據(jù)的對比分析，結果顯示兩者在電池熱管理方面均有優(yōu)異的散熱性能，即具有良好的控溫和均溫性能。
　　 最后，裝車測試結果說明平地工況時，石墨/石蠟相變電池模塊最高溫度達到36℃，較空氣冷卻模塊降低了57.7％，而且斜率較空冷低，上升相對比較緩慢;20度斜坡上測試時空氣冷卻模塊最大溫差達到6.8℃，而PCM模塊最大溫差達到2℃?？傊瑹o論是平地還是不同坡度的路況，PCM冷卻時的散熱性