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原文传递热致柔性复合相变材料在电池热管理的应用研究

论文题名：	热致柔性复合相变材料在电池热管理的应用研究
关键词：	电动汽车;电池热管理系统;热致柔性复合相变材料;控温性能;均温性能;抗振性能
摘要：	随着化石能源短缺的问题日益严重以及实现“双碳”目标，新能源汽车正蓬勃发展，然而，电动汽车事故频发，因此，研究更有效的电动汽车电池系统的热安全防护热管理系统具有重要意义。本文针对电动汽车电池系统在实际使用过程中面临的热安全以及振动安全问题，提出了一种新型基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS)和石蜡（PA)的热致柔性复合相变材料（CPCM)，即达到相变温度后，CPCM会呈现柔性特征。同时，针对复合相变材料的导热系数差、柔性不足和易泄漏等缺点，分别利用膨胀石墨（EG)、热塑性弹性体（TPEE)和三元乙丙橡胶（EPDM)对CPCM进行性能优化。通过结合宏观的形态变化和微观结构分析了不同添加组分在CPCM中的作用机理；除此之外，成功搭建基于热致柔性复合相变材料电池热管理系统，并与传统刚性相变材料电池热管理系统在振动条件下进行对比，分析热致柔性复合相变材料在电池热管理系统的控温、均温能力以及抗振性能。本文的主要研究内容和结论如下：　　(1)通过利用有机溶剂（C C U)溶解-挥发的方法制备SBS@PA/EG复合PCM，并通过宏观力学性能与微观结构进行综合分析，实验结果表明：SBS能够很好地包覆PA/EG粉末，有效限制了液相P A的自由流动，SBS@PA/EG在5小时的持续加热的质量保持率保持在99%以上。随着SBS的质量占比升高，热致柔性复合PCM的柔性提高，2:1复合PCM的抗拉强度在0.1?0.25MPa之间，且弯曲强度为0.2?0.3MPa。　　(2)以具有多孔结构的EG作为导热增强填料，不仅对复合材料相变材料的形状稳定性有积极的影响，而且显著提高了相变材料的导热性能。实验结果表明：SBS@PA/EG(4wt%)的导热系数达到0.88W m-1K-1。同时，将SBS@PA/EG应用于电池热管理系统中可以有效控制电池模块内部的温升，在5C放电倍率下，电池的最高温度仅为46℃，而电池模块之间的温差可保持在4℃以下。　　(3)利用TPEE具有更长连续相并在室温具有比SBS更好柔性的特点，有效提高CPCM的柔韧性。当TPEE的质量分数为5wt%时，CPCM的质量保持率可提高到96.8%，拉伸断裂值从130%提高到175%，表明可拉伸至约两倍长度。同时，柔性TPEE可以缠绕在SBS和PA之间，形成更稳定的结构，抑制PA泄漏。实验和数值模拟结果均表明，在3C放电倍率下，TPEE-SBS/EG/PA电池模组的最高温度仅为66.4℃，在10次充放电循环中仍可保持在66℃左右，且无热堆积现象出现。　　(4)EPDM能有效增加SBS的交联，形成柔性、紧凑的支撑骨架，有效提高CPCM的抗泄漏性。采用3wt%EPDM和5wt%EG制备的SBS/EPDM/PA/EG，在60℃下的扭曲角度可达900。，仍然保持不断裂。TF-CPCM自身柔性的EPDM/SBS支撑骨架能够有效吸收来自外界的振动，TF-CPCM的电池模组在20H z的振动条件下，其最高温度的波动小于2℃。
作者：	黄启秋
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	张国庆
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广东工业大学
学位年度：	2022