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原文传递基于相变微胶囊的潜热功能流体制备测试及动力电池冷却应用研究

论文题名：	基于相变微胶囊的潜热功能流体制备测试及动力电池冷却应用研究
关键词：	电动汽车;锂离子电池;相变微胶囊;潜热型功能流体;冷却性能
摘要：	在能源危机与环境污染的双重压力下，全球新能源汽车行业迅猛发展，其中纯电动汽车凭借其结构简单、无污染、能源转换效率高等优点获得了较高的市场认可度。然而，伴随着日益增长的市场，动力电池的冷却是目前急需解决的关键问题。相变储能材料由于其相变过程中存在着较大的相变潜热和恒温特性，能够在较高的温度下吸收热量，从而使电池的温度保持在最优值，是一种高效、环保、低成本、极具推广价值的新型电池冷却方式。但是在相变过程中，相变材料存在着泄漏、导热系数较低的问题，使其在实际应用中受到了很大的制约。所以，在电池冷却系统中，加强相变材料的换热性能与高效封装相变材料是非常重要的。本论文将开发适合于电池冷却的相变微胶囊复合相变材料，以改善其热稳定性、温度调节及导热特性，并将其制备成潜热型功能流体进行实验研究，在此基础上设计一种流道变截面的相变耦合液冷的电池冷却方式，研究其对电池冷却性能的影响。本文的主要研究内容与关键结论如下：　　（1）本文采用原位聚合法制备了三聚氰胺-脲-甲醛包裹十八烷与二十二烷的微胶囊复合相变材料，通过研究确定了十八烷与二十二烷重量比1:2时，微胶囊熔化温度为39.8℃，潜热值为107.6J/g，熔化峰宽度为17.9℃，可以有效地扩大材料的相变温度，从而为动力电池的热冷却提供了良好的基础。　　（2）为提高相变微胶囊的导热能力，本文研究了导热增强材料的种类、添加位置与添加量对其热物性的影响进行了研究。实验表明，采用掺氮碳纳米管可以将相变微胶囊的热导率提升1.32倍。与将导热材料添加在微胶囊芯材相比，添加在壳材不会影响材料的热导率但会降低其潜热值。同时添加导热材料越多，相变微胶囊的热导率越高，但是潜热值也会降低，最低时仅为96.4J/g。　　（3）采用掺氮碳纳米管导热增强的三聚氰胺-脲-甲醛包裹十八烷与二十二烷相变微胶囊为溶质，制备不同相变微胶囊质量分数的潜热型功能流体并研究其热物性、管内传热与流动特性。当相变微胶囊质量分数超过15wt%时，潜热型功能流体会出现沉淀现象，而且随着微胶囊质量分数的增加，其稳定性、密度都会下降，而导热系数、相变潜热与粘度会增加。通过建立流动换热特性测试平台，发现潜热型功能流体的对流换热系数随相变微胶囊质量分数的增加而增加，在相变微胶囊的质量分数为10wt%时，其对流换热系数是去离子水的2.5倍。　　（4）设计了能同时使用相变微胶囊与潜热型功能流体的冷却板并用于相变耦合液冷方案，并搭建了电池的冷却性能测试台架。在环境温度30℃下，研究电池组在自然冷却、相变冷却与相变耦合液冷下3C放电的冷却性能测试。结果表明，潜热型功能流体与相变微胶囊的耦合冷却方式使电池组的温度保持在49℃以内，经过4次循环充放电后，电池组最高温度上升到45.8℃，表现出良好的冷却性能。
作者：	夏灯富
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	单春贤;唐爱坤
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2022