新能源汽車動(dòng)力電池?zé)峁芾砑夹g(shù)目前主要分為風(fēng)冷、液冷與相變材料冷卻三個(gè)發(fā)展方向,而前兩者由于介質(zhì)的換熱系數(shù)較低、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜或需要消耗外部能源等缺陷無法匹配動(dòng)力電池日益增長的散熱需求。相反,相變材料高潛熱、低密度的優(yōu)點(diǎn)使其成為了動(dòng)力電池?zé)峁芾淼男屡d發(fā)展方向。
目前,相變材料應(yīng)用于動(dòng)力電池?zé)峁芾淼淖畲笳系K是其材料本身較低的熱導(dǎo)率,限制了電池?zé)崃繉?dǎo)出的速度。因此,在相變材料本身的改良方面,國內(nèi)外專家做了大量研究。廣東工業(yè)大學(xué)的研究者們利用銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)對相變材料進(jìn)行改良,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。下圖為該研究中基于銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)合板,所使用的相變材料是利用石蠟與膨脹石墨按照4:1的比例混合制備的復(fù)合相變材料,之后以銅網(wǎng)作為支撐,將復(fù)合相變材料涂抹在銅網(wǎng)兩面形成板狀結(jié)構(gòu)。
銅網(wǎng)加強(qiáng)型相變材料板
在該實(shí)驗(yàn)研究中,所采用的動(dòng)力電池是12Ah的磷酸鐵鋰電池,如下兩圖所示,總共采用了5個(gè)電池單體與6塊箱變材料板組成,5個(gè)電池單體采用串聯(lián)連接,并且在箱體的一側(cè)開洞,利用風(fēng)扇向內(nèi)部吹風(fēng)。同時(shí),在電池單體的表面布置溫度傳感器,通過數(shù)據(jù)采集器(Agilent 34970 A)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。
實(shí)驗(yàn)設(shè)置
在該實(shí)驗(yàn)研究中,對于散熱設(shè)計(jì)的驗(yàn)證,主要影響因素包括電池的充放電倍率、相變材料傳熱特性以及進(jìn)風(fēng)流量。因此,研究者們對這三者分別進(jìn)行了對比研究。首先是相變材料本身性質(zhì)的變化,可以看出相變材料的潛熱在加入膨脹石墨之后得到了明顯的提升,由原先的141.6J/g(石蠟)提升至186.4J/g(改良后)。
相變材料潛熱
通過研究可以發(fā)現(xiàn),在無相變材料、有相變材料無銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)和有銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)的相變材料三種情況下,分別進(jìn)行1C、3C、5C的放電實(shí)驗(yàn),有銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)的相變材料所達(dá)到的散熱效果是最優(yōu)的,即使在3C的情況下,電池的溫度也控制在了50℃以下,盡管在5C的放電倍率下,3種熱管理結(jié)構(gòu)形式下電池溫度都達(dá)到了60℃以上,但是在實(shí)際的使用中,動(dòng)力電池系統(tǒng)很少存在以5C持續(xù)放電達(dá)到500s以上的時(shí)長,而在250s左右,有銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)的相變材料依然可以將電池溫度控制在50℃以下。
不同放電倍率下溫度變化
值得注意的是,在有相變材料無銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)和有銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)的相變材料的情況下,充電魚放電時(shí)電池的溫度盡管變化趨勢一致,但是溫度值卻存在明顯差異,如下圖所示,尤其在放電情況下,電池的最高溫度比充電時(shí)高4.6℃。
不同進(jìn)風(fēng)流速
就目前的新能源汽車熱管理系統(tǒng)而言,盡管復(fù)合型相變材料依然處于實(shí)驗(yàn)室階段,并未投入實(shí)際生產(chǎn),但其光明的發(fā)展前景從上述研究便可窺見一斑。
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原文標(biāo)題:【泰德激光?技術(shù)π】熱管理技術(shù)的未來:復(fù)合型相變材料
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