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原文传递液冷电池热管理系统耦合相变材料的研究与结构优化

论文题名：	液冷电池热管理系统耦合相变材料的研究与结构优化
关键词：	电动汽车;锂离子电池;热管理系统;相变材料;结构优化
摘要：	随着时代发展与人民对美好生活的需要，绿色环保、节能减排的观念已近深入人心。为此，世界各国政府大力发展推广新能源汽车，而动力电池作为核心组件，其性能和安全性受到了广泛的关注。　　发展绿色能源的交通工作是解决环境问题的重要方法之一，锂离子电池由于其能量密度大，循环寿命长等优势成为车用动力电池的首选方案。然而，随着近年来电动汽车的热失控事故频繁发生，动力电池作为核心组件，其热稳定性能和安全性引发了广泛的关注。为此，本研究针对锂离子电池的热稳定性提出了不同的解决方案。首先，采用埃洛石纳米管（Halloysitenanotube,HNT）作为定形支撑材料，并通过原位还原法在HNT上附着银纳米颗粒（Agnanoparticle,AgNP），并制备具有良好抗泄漏性能的高导热复合相变材料（Compositephasechangematerial,CPCM），进而将其应用在电池模组中进行热管理性能研究。此外，利用微通道液冷板结合导热硅胶，设计微通道液冷电池热管理系统。在保持电池热管理系统均温及控温性能的同时，大幅减小外部能耗。本文的主要研究内容总结如下：　　（1）制备了具有高导热性能的微纳限域复合相变材料。通过在HNT表面附着银纳米颗粒，进而增强CPCM导热能力，并通过Hotdisk、DSC等物性表征测试评估CPCM在电池热管理系统中应用的可行性。实验结果表明：AgNP被成功制备，并将其附着于HNT表面；在使用聚多巴胺对HNT进行表明修饰后的改性埃洛石纳米管（PDAcompositehalloysitenanotube,PHNT），其表面附着的AgNP数量明显增加；在加入PHNT后，CPCM导热系数明显提高。当添加40wt%的PHNT时，CPCM的导热系数提升了约500%；PHNT的添加大幅提高了CPCM的抗泄漏性能，在60℃和70℃加热条件下，其质量损失控制在1%以下；且CPCM相变温度没有明显改变，但会在一定程度上降低相变潜热。将所制备的PHNT以熔融共混的工艺与石蜡制备成的CPCM应用在电池模组中，测试结果表明在3C放电倍率下，电池模组最高温度及温差分别为57.12℃和14.42℃以下。　　（2）利用具有高换热效率的微通道液冷板设计一种微通道液冷电池热管理系统，并采用交叉布局的方式提升电池模组的温度一致性，随后通过模拟仿真和实验分析电池模组在不同液体流量和流向下的散热效果。实验结果表明：随着液体流量的增大，电池模组的工作温度和内部温差得到不同程度降低；此外，采用外部向内（Sidestomiddle,SMC）和互交叉（Reciprocalchiasma,RCC）通道的方式能有效提升电池模组的温度一致性。由于微通道液冷板的高换热能力，电池模组温度分布呈现出中间高四周低的分布特性；在RCC流道中，电池模组在经过6次充放电循环后，模组最高温度及内部温差可以控制在44.65℃和1.61℃；其中，RCC流道对电池模组温度一致性的提升最为明显。　　（3）通过分析微通道液冷电池热管理系统的温度分布和结构特点，在进一步改进其结构的基础上，将液冷电池热管理系统与所制备CPCM耦合。通过均热板与翅片耦合，利用液冷管进行二次散热，即保障了电池热管理系统的散热效率，又减小了外部能量消耗。实验结果表明：相比液冷电池热管理系统，液冷耦合相变电池热管理系统具有更高的散热效率；此外，液冷耦合相变材料电池热管理系统所消耗外部能量更少；随着液体流量的增加，液冷耦合相变材料电池热管理系统散热性能也随之提高，在液体流量为6mL?s-1时，其综合性能最佳；在6次电池模组充放电循环过程中，电池模组内无明显热量积累，电池模组最高温度和内部温差控制在42.00℃和2.10℃，能够满足电池热管理的需求。
作者：	林汝蘅
专业：	动力工程与工程热物理
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：	2023