圓柱形動(dòng)力電源模組基于箱變材料的熱管理研究及應(yīng)用.pdf

1、面對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重和石油資源日漸枯竭的雙重壓力之下，發(fā)展清潔、環(huán)保和零污染的新能源顯得尤為緊迫。新能源電動(dòng)汽車(chē)因其采用鋰離子電池作為動(dòng)力儲(chǔ)存和供給系統(tǒng)，在使用過(guò)程中零污染和零排放等優(yōu)勢(shì)被視為傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的最佳替代品。雖然，鋰離子電池因其能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性較好和工作電壓較髙等性能優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)工具和電子產(chǎn)品中，但其在高溫環(huán)境中的安全性和一致性的問(wèn)題依然非常突出。因此，在鋰離子電池應(yīng)用過(guò)程中設(shè)計(jì)一套有效的電池?zé)峁?/p>

2、理系統(tǒng)方案的必要性尤為重要。根據(jù)對(duì)鋰電池的研究表明，其最適宜的工作溫度區(qū)間為25-50℃,系統(tǒng)的最大溫差應(yīng)控制在5℃以內(nèi)。因此，本論文針對(duì)三元18650鋰電池采用相變材料進(jìn)行散熱、均溫開(kāi)展相關(guān)研究，分別從材料的改性、電池模組散熱和鋰電池低溫加熱設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究。
　　首先，雖然相變材料已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在太陽(yáng)能儲(chǔ)能、建筑節(jié)能和電子元器件散熱等領(lǐng)域中，但是其較低的機(jī)械力學(xué)性能、高溫石蠟析出和高溫?zé)崤蛎浀热毕菹拗屏似溥M(jìn)一步的應(yīng)用。因此，

3、本論文基于石蠟/膨脹石墨(PA/EG)相變材料對(duì)其進(jìn)行改性研究，通過(guò)引入低密度聚乙烯（LDPE)與納米二氧化硅（nano-SiCh)包裹和吸附石蠟防止其析出和抑制熱膨脹。并且，通過(guò)微觀掃描電鏡表征與實(shí)驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果表明引入LDPE和 nano-Si02后，相變材料的力學(xué)性能和防析出能力顯著提高，尤其是在高溫60℃(：環(huán)境中連續(xù)保溫21小時(shí)析出僅為0.5％;且通過(guò)線性熱膨脹系數(shù)測(cè)試儀測(cè)試，改性后的相變材料熱膨脹現(xiàn)象也大大減弱。
　　其

4、次，對(duì)于改性過(guò)后的相變材料應(yīng)用于三元18650鋰離子電池模組中進(jìn)行熱控制研究。鋰離子電池在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)熱大量的熱量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致單個(gè)電池發(fā)生熱失控而蔓延整個(gè)電池系統(tǒng)。因此，對(duì)引入相變材料散熱的電池模組進(jìn)行不同倍率放電實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并且通過(guò)與自然對(duì)流和強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻方式進(jìn)行比較，相變材料冷卻顯示了優(yōu)越的散熱、均溫能力。然而，相變材料在吸熱發(fā)生相變之后，儲(chǔ)存的熱量不能及時(shí)傳導(dǎo)至外界環(huán)境，因此，設(shè)計(jì)了鋁翅片耦合相變材料進(jìn)行二次散熱的相變材料電池模

5、組。并且，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在3.5C大倍率放電過(guò)程中，電池模組的最大溫度始終控制在50℃以內(nèi)，最大溫差也僅為3.9℃。除此之外，在連續(xù)循環(huán)充放電過(guò)程中，耦合鋁翅片的相變材料電池模組其溫度始終低于未耦合鋁翅片的電池模組。
　　最后，在對(duì)鋰電池低溫環(huán)境中充放電性能下降的問(wèn)題，本論文中設(shè)計(jì)了兩種相變材料電池模組低溫加熱方案。比較了直接式硅膠加熱片加熱和非直接式電熱絲空氣加熱兩種方案，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明電熱絲空氣加熱在優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和流道布局可以滿足