基于相變散熱的動(dòng)力電池?zé)峁芾砑夹g(shù)研究.pdf

1、伴隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，能源危機(jī)及環(huán)境污染等問題日益突出。以電動(dòng)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(dú)特的優(yōu)勢(shì)，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(dòng)力電池，其安全性能將會(huì)對(duì)整車的總體性能產(chǎn)生直接或間接的影響，而動(dòng)力電池系統(tǒng)中合理的熱管理技術(shù)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(yùn)行溫度范圍內(nèi)，從而提高電池組的安全可靠性。因此，深入研究動(dòng)力電池組熱管理

2、技術(shù)具有非常重要的意義。
　　 論文研究了磷酸鐵鋰電池產(chǎn)熱機(jī)理，分析總結(jié)了熱管理技術(shù)國內(nèi)外研發(fā)現(xiàn)狀，重點(diǎn)研究基于復(fù)合相變材料(PCM)的熱管理技術(shù)。通過制備泡沫銅/石蠟復(fù)合材料并對(duì)其性能進(jìn)行表征，將泡沫銅/石蠟和石墨/石蠟兩種相變模塊進(jìn)行不同放電倍率和不同工況的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。最后通過電池組裝車測(cè)試分析電動(dòng)車實(shí)際運(yùn)行過程中相變冷卻技術(shù)和空氣冷卻技術(shù)的散熱效果，為動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的實(shí)際開發(fā)提供一定的借鑒。論文主要研究內(nèi)容如下:

3、　　 首先，對(duì)電池模塊的產(chǎn)熱原理進(jìn)行了研究，并針對(duì)產(chǎn)熱過程中的重要因素進(jìn)行分析，主要包括固體電解質(zhì)膜的分解、正極分解、負(fù)極和電解液以及粘合劑的反應(yīng)、電解液的分解等。并從熱力學(xué)的角度對(duì)相變材料冷卻時(shí)模塊產(chǎn)生的熱量進(jìn)行理論分析，對(duì)相變材料用量進(jìn)行計(jì)算。電池的產(chǎn)熱機(jī)理分析為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究提供重要的理論指導(dǎo)意義。
　　 其次，制備泡沫銅/石蠟復(fù)合材料，采用導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試、掃描電子顯微鏡測(cè)試和X射線衍射測(cè)試對(duì)復(fù)合材料的性能進(jìn)行了表征。導(dǎo)熱

4、系數(shù)測(cè)試結(jié)果說明，與純石蠟(0.21W·m-1·K-1)相比，泡沫銅的添加使復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)最大提高了15.93倍，達(dá)到4.3 W·m-1·K-1。即泡沫銅作為添加劑，彌補(bǔ)了石蠟導(dǎo)熱系數(shù)低的缺陷，從而使復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)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(fù)合材料的導(dǎo)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(xué)穩(wěn)定性，兩者復(fù)合后沒有新的相產(chǎn)生。
　　

5、再次，泡沫銅/石蠟42110相變電池模塊的室溫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表明最高溫度和最大溫差分別被控制在55℃和5℃以內(nèi)，能夠保證電池在合理的溫度范圍內(nèi)工作，并保持良好的溫度均一性。石墨/石蠟42110相變模塊實(shí)驗(yàn)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(shí)最高溫度達(dá)到40.89℃，最大溫差在5℃以內(nèi)，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(shí)，最高溫度達(dá)到32.38℃，高溫工況下5.0C放電時(shí)，最高

6、溫度被控制在44.72℃。通過以上兩種相變模塊測(cè)試數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，結(jié)果顯示兩者在電池?zé)峁芾矸矫婢袃?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(cè)試結(jié)果說明平地工況時(shí)，石墨/石蠟相變電池模塊最高溫度達(dá)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(duì)比較緩慢;20度斜坡上測(cè)試時(shí)空氣冷卻模塊最大溫差達(dá)到6.8℃，而PCM模塊最大溫差達(dá)到2℃?？傊?，無論是平地還是不同坡度的路況，PCM冷卻時(shí)的散熱性