基于多元相變材料-流體耦合的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(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(diǎn)。面對(duì)電動(dòng)汽車起火、爆炸事故頻發(fā)，研究更高效安全的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)對(duì)提高電動(dòng)汽車整體安全性具有重要意義。而作為目前應(yīng)用于電動(dòng)汽車的兩大動(dòng)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?zé)峁芾矸桨?，將石蠟（PA）、膨脹石墨（EG）、低密度聚乙

2、烯（LDPE）和銅網(wǎng)（CM）進(jìn)行復(fù)合，設(shè)計(jì)多元相變材料復(fù)合板，通過模擬及實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)風(fēng)冷方案進(jìn)行對(duì)比，分析在不同放電倍率、不同空氣冷卻強(qiáng)度下的散熱效果，并進(jìn)一步將多元相變材料耦合強(qiáng)制空冷的熱管理方案應(yīng)用在32V/12Ah電池模組中，其具體的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　1、在50個(gè)循環(huán)后，三元正極材料的納米結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)在50℃環(huán)境下被嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致電池的內(nèi)阻急劇增大，從而致使電池的剩余容量?jī)H有87.1％。高溫下電池呈現(xiàn)出更快的容量衰減

3、和更高的產(chǎn)熱速率。后續(xù)工作為實(shí)驗(yàn)安全，選定更為穩(wěn)定的LiFePO4電池作為研究對(duì)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(dǎo)熱增強(qiáng)骨架制備PA/EG/LDPE/CM的多元相變材料復(fù)合板，并與EG/PA復(fù)合板進(jìn)行對(duì)比。研究結(jié)果表明，具有雙層CM的多元相變復(fù)合板（DCM-PCMP）導(dǎo)熱系數(shù)最高能達(dá)到10.227W/m K，且LDPE和EG能夠大幅度降低PA泄漏，提高復(fù)合板的儲(chǔ)熱性能。與沒有伸出CM的

4、復(fù)合板進(jìn)行熱阻對(duì)比分析，有伸出CM的DCM-PCMP的熱阻在任何風(fēng)速下都是最低。
　　3、基于單體電池等效電路模型建立應(yīng)用多元相變材料的電池共軛傳熱模型。從電池模組實(shí)驗(yàn)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(yīng)用沒有CM的復(fù)合板（WCM-PCMP）的電池模組最高溫度降到80℃以內(nèi)，循環(huán)溫度云圖均勻細(xì)長(zhǎng)。而從電池模組模擬分析可知，整個(gè)電池內(nèi)部最高溫度達(dá)到98℃，而最大溫差為22℃，而WCM-

5、PCMP電池內(nèi)部?jī)?nèi)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(fù)合板（SCM-PCMP）應(yīng)用到LiFePO4電池模組中，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比其散熱效果。5C放電時(shí)，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(qiáng)制空冷進(jìn)行耦合時(shí)，熱管理系統(tǒng)的散熱效率最高。為