基于多元相變材料-流體耦合的動力電池熱管理系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著石油資源稀缺，發(fā)展新能源汽車已成為全球能源可持續(xù)發(fā)展的主要突破點。面對電動汽車起火、爆炸事故頻發(fā)，研究更高效安全的電池熱管理系統(tǒng)對提高電動汽車整體安全性具有重要意義。而作為目前應用于電動汽車的兩大動力電池，三元電池與磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池相比，雖比能量較高，但其高溫性能不穩(wěn)定。本文從材料微觀角度分析三元電池的高溫循環(huán)性能，還提出了一種基于多元相變材料的LiFePO4電池熱管理方案，將石蠟（PA）、膨脹石墨（EG）、低密度聚乙

2、烯（LDPE）和銅網（CM）進行復合，設計多元相變材料復合板，通過模擬及實驗與傳統(tǒng)風冷方案進行對比，分析在不同放電倍率、不同空氣冷卻強度下的散熱效果，并進一步將多元相變材料耦合強制空冷的熱管理方案應用在32V/12Ah電池模組中，其具體的研究內容和結論如下：
　　1、在50個循環(huán)后，三元正極材料的納米結構和晶體結構在50℃環(huán)境下被嚴重破壞，導致電池的內阻急劇增大，從而致使電池的剩余容量僅有87.1％。高溫下電池呈現出更快的容量衰減

3、和更高的產熱速率。后續(xù)工作為實驗安全，選定更為穩(wěn)定的LiFePO4電池作為研究對象。
　　2、以PA為相變基材，EG為PA容納骨架，LDPE為定型材料，CM為導熱增強骨架制備PA/EG/LDPE/CM的多元相變材料復合板，并與EG/PA復合板進行對比。研究結果表明，具有雙層CM的多元相變復合板（DCM-PCMP）導熱系數最高能達到10.227W/m K，且LDPE和EG能夠大幅度降低PA泄漏，提高復合板的儲熱性能。與沒有伸出CM的

4、復合板進行熱阻對比分析，有伸出CM的DCM-PCMP的熱阻在任何風速下都是最低。
　　3、基于單體電池等效電路模型建立應用多元相變材料的電池共軛傳熱模型。從電池模組實驗分析可知，在5C放電下沒有相變材料（NO-PCMP）的電池模組最高溫度為90℃，而應用沒有CM的復合板（WCM-PCMP）的電池模組最高溫度降到80℃以內，循環(huán)溫度云圖均勻細長。而從電池模組模擬分析可知，整個電池內部最高溫度達到98℃，而最大溫差為22℃，而WCM-

5、PCMP電池內部內部最高溫度為81℃，而最大溫差降到8℃。
　　4、將DCM-PCMP和單層CM的多元相變復合板（SCM-PCMP）應用到LiFePO4電池模組中，通過實驗對比其散熱效果。5C放電時，NO-PCMP、WCM-PCMP、SCM-PCMP和 DCM-PCMP電池模組的最高溫度分別為68.0、59.7、54.4和52.8℃，且DCM-PCMP與空氣流量為2.5m3/min的強制空冷進行耦合時，熱管理系統(tǒng)的散熱效率最高。為