基于相變材料散熱與電阻絲加熱耦合系統(tǒng)的熱管理技術(shù)研究.pdf

1、動力電池模組熱失控問題是困擾電動汽車發(fā)展的最重要的安全問題之一。設計合理的熱管理系統(tǒng)通過加熱和散熱將電池模組的溫度控制在合適的溫度范圍具有重要的意義。相變材料熱管理系統(tǒng)近些年得到了廣泛的關(guān)注，但是目前的相變材料熱管理系統(tǒng)尚存在一些問題，如制備工藝不夠簡單、存在蓄熱飽和、缺少考慮嵌入預熱系統(tǒng)。本論文主要針對相變材料熱管理系統(tǒng)尚存在的問題進行研究。設計了一長條形的、具有復合相變材料的散熱和電阻絲加熱耦合系統(tǒng)的、兩側(cè)設有翅片的、有利于相變材料

2、散熱的電池模組。然后對其耦合系統(tǒng)的散熱和加熱特性進行了實驗。為了使電池模組易于制備，開發(fā)了具有流動性的復合相變材料，并采用灌注工藝制備相變材料熱管理系統(tǒng)。主要的研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　1.通過研究驗證采用保溫棉保溫電池測量產(chǎn)熱及其改進方法的有效性，從而提供了一種實用而簡易的測量電池產(chǎn)熱量的方法。實驗結(jié)果表明:（1）保溫棉保溫電池時能夠有效地減少電池的散熱，但是仍然存在熱泄漏。（2）依據(jù)電池放電后擱置階段的溫降情況評估了電池放電階

3、段的熱耗散情況。然后根據(jù)熱耗散，使用高低溫箱調(diào)節(jié)電池放電環(huán)境空氣溫度，減少電池散熱溫差，提高了電池產(chǎn)熱量測量的準確性。產(chǎn)熱量測量值的偏差被控制在10％內(nèi)。
　　2.基于膨脹石墨和石蠟開發(fā)了既有較好流動性，又具有較高導熱系數(shù)的復合相變材料。（1）當膨脹石墨的質(zhì)量分數(shù)為7%時，復合相變材料具有的流動性能夠滿足采用灌注工藝制備電池模組的要求。（2）復合相變材料具有較大的潛熱值和導熱系數(shù)，它們分別為159.2J/g和3.3W/m·K。

4、r>　　3.通過實驗和理論計算研究了電池以不同倍率放電時的產(chǎn)熱量變化，同時通過設計實驗測量了電池的比熱容?；陔姵氐南嚓P(guān)參數(shù)和復合相變材料的相關(guān)參數(shù)設計了電池模組和熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和尺寸。
　　4.通過實驗研究了應用于耦合系統(tǒng)中的開發(fā)的具有流動性的復合相變材料的控溫能力。實驗研究了電池模組在室溫條件下、高溫條件下以一般倍率和高倍率放電時耦合系統(tǒng)的復合相變材料的控溫能力。結(jié)果表明耦合系統(tǒng)能夠控制電池模組的溫度在50℃以下，而且電池模

5、組內(nèi)電池間的溫差范圍小于5℃。
　　5.分析了耦合系統(tǒng)的加熱效應，如加熱速度、能耗，然后分析了加熱電阻絲根數(shù)和流過電阻絲電流大小對耦合系統(tǒng)加熱效果的影響。結(jié)果顯示耦合系統(tǒng)加熱約300秒后，電池內(nèi)部中心處的溫度（T??）由-20℃上升到20℃，而且能耗較少。通過改變耦合系統(tǒng)并聯(lián)電阻絲的根數(shù)和改變電流的大小可以提升系統(tǒng)的加熱速率和減少系統(tǒng)的能耗。
　　6.實驗研究了電池模組兩側(cè)翅片的強化散熱能力。實驗結(jié)果顯示，一小時后有翅片的電