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原文传递共聚法制备准热塑性相变高分子及其电池热管理应用研究

论文题名：	共聚法制备准热塑性相变高分子及其电池热管理应用研究
关键词：	电动汽车;动力电池组;电池热管理;准热塑性相变高分子;共聚法
摘要：	动力电池组作为电动汽车的关键部件，其热安全问题一直困扰着学术界和工业界。如果电池温度不在最佳范围内或模组内部温差（ΔT）过大，会产生一系列负面影响。因此，电池热管理（BTM）系统被开发出来用以控制电池模组的温升和温差。在众多的BTM系统中，基于相变材料（PCM）冷却的被动温度控制技术因其安装简单、冷却性能优异而得到广泛的研究。　　在工程应用中，PCM通常与导热剂和聚合物骨架等形式的成型组分结合，以克服纯PCM导热性能差的固有缺陷，并维持相变后模块的形状稳定性。然而，在这种物理混合型固液相变材料中，经过长期使用，石蜡（PA）等相变组分开始逐渐迁移，导致PCM冷却性能下降。为此，本文以解决PCM的泄漏及成型问题为导向，通过共聚法制备一种准热塑性相变聚合物（CoPCP），并将其应用于BTM系统。该材料不但具有较高的潜热与导热系数，同时可相变的烷烃侧链被刚性主链通过化学键牢牢捆绑，解决了泄漏问题。此外，线性的高分子主链赋予了相变聚合物优异的灵活成型和二次加工特性。本文主要研究内容与结论如下：　　（1）选取了不同酯链长度的丙烯酸酯与甲基丙烯酸甲酯（MMA）共聚制得三组准热塑性相变聚合物（CoPCP/EG）。实验结果证明，以丙烯酸十八酯（OA）为基体材料与MMA共聚制得的CoPCP/EG，其相变温度区间为46.52~53.15℃，最适合于BTM系统应用。此外，OA与MMA摩尔质量比为10:1时，CoPCP的潜热与导热系数分别达到最高，同时，该样品具有良好的热稳定性与抗泄漏性能，即使在90℃的高温下，依然可以保持自身形状稳定，而当温度升高至110℃以上时，CoPCP开始软化，并具有一定流动性，可以进行二次成型。　　（2）通过对CoPCP/EG中EG添加量的研究发现，当石墨添加量为6%时，可以在不明显降低材料潜热的同时，将其导热系数提高5倍以上。随后，采用该配方制备适用于BTM规格的CoPCP/EG板，与单体电池组装成CoPCP电池模组进行BTM性能测试，并与采用自然空气冷却、SLPCM冷却与PoPCM冷却的电池模组进行对比。实验结果表明，CoPCP模组具有优异的控温性能和稳定性：在35℃的高温环境下进行3C-3C充放电15次循环时，基于CoPCP冷却的电池模组表现出了优异的抗泄漏性能，其最高温度（Tmax）可以稳定控制在52.5℃以下。而热固性PoPCM电池模组和经典的SLPCM电池模组的Tmax则呈现逐渐增加的趋势，最后一次循环的Tmax分别达到56.7℃和60.0℃，且无缓和趋势。　　（3）为了解决恶劣工况下，CoPCP蓄热饱和的问题，通过耦合CoPCP模组与铝合金液冷板，组装了CoPCP-L电池模块。通过研究该模组在在充放电测试过程的温度特性，并与空冷模组和CoPCP模组进行对比发现，空冷模组只适用于低环境温度和低充放电倍率下。基于CoPCP冷却得电池模组虽然具有优异的控温与散热作用，但整体温度仍然不能一直控制在电池最佳使用温度以内，而采用CoPCP耦合液冷二次强化散热的方式能够解决CoPCP吸热饱和后热量开始堆积，Tmax超过50℃的问题，ΔTmax始终小于5℃，且Tmax与ΔTmax在第7次循环趋于稳定，证明水冷板不但能够减缓温升速率，也能高效地带走CoPCP无法吸收的热量。
作者：	董鑫龙
专业：	材料工程
导师：	杨晓青
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广东工业大学
学位年度：	2022