锂电池本事的慢慢成熟使之行使正在各个行业中，其产物广大行使正在电网储能、智能家电、通信储能、新能源汽车等规模。个中锂电池的热执掌本事是电池组伸龟龄命、运转平安的主要保证。锂电池热执掌体系对电池的平安和不乱性起着至合主要的用意，本文对现有的散热本事举行了广大的先容和阐发。最初总结了电池热量的爆发、传热和热量散布，其次商量了电池散热体系中风冷、液冷、热管和相变质料等四种体例的职业道理和特性，结果贯串电池散热体系的起色需求，提出来日的散热体系起色宗旨和可实行的本事。

　　跟着经济的迅速起色，新能源本事的陆续开 发，电动汽车慢慢成为交通器械的主流趋向之一。锂离子电池行为电动汽车的要紧动力源，对电动汽车的平安性、行驶里程、利用本能和寿命起着至合主要的用意。锂离子电池拥有职业电压高、体积幼、能量高、无追忆效应、轮回寿命长等便宜，仍然成为了目前电动汽车中利用最广大的电池之一。大多号-新能源电池包本事

　　为餍足电动汽车高电压和大容量的需求，电池单体采用最常见的串并联相贯串的体例举行利用。正在电动汽车运转进程或充电进程中，电池处于充放电的境遇，此时的电池温度会发作很大的变动。若不实时散热，热量正在电池模块内连接堆集， 会导致电池模块热量陆续上升和不服均扩散。锂电池内部化学因素耐热性较差，是以正在高温下会加快反映，导致锂离子电池内部机合爆发质变，最终形成重要的平安后果。同时，锂电池也不适合正在低温境遇下职业，低温下的锂电池活性会降低。是以， 须要一个高效的电池热执掌体系(Battery thermal management system，BTMS)来坚持合适的电池职业温度周围，以防卫温渡过高或过低所带来的倒霉影响。寻常来说，电池温度每升高 10℃，内部化学反映速度增大一倍，其寿命裁汰一半。通过对容量为 1.8 A·h 的索尼 18650 锂电池的轮回本能举行切磋，结果阐明，正在 25 ℃和 45 ℃职业温度下锂电池举行 800 次充放电轮回后，电池容量永诀降低 31% 和 36%；当职业温度为 50 ℃时，500 次充放电轮回后电池容量降低 60%。对待锂电池，职业温度横跨 50 ℃，电池的利用寿命就会随之降低。电池的容量和功率可能用来表征电池本能的优劣，高温下因为锂电池内部的活性物质发死活区和析锂景象，导致电池的容量裁汰，而电池功率也因阻抗扩展而低落。表 1 总结了锂离子电池容量的衰减和温度的干系，锂电池最佳职业温度周围是 25 ℃～40 ℃。

　　跟着电动汽车的起色和动力体系功率的陆续晋升，电池组的密度也比以往扩展更多，迅速充电的需求导致电池正在大电流充放电时爆发更多的热量。正在这种趋向下计划出合理的电池热执掌体系成为核心，须要正在高温下举行迅速散热、低温条款下或许举行加热或保温，以晋升电动汽车的举座本能。大多号-新能源电池包本事

　　目前较成熟的散热体系按照传热介质可分为四局部，永诀为风冷、液冷、相变质料冷却 (Phase-change material，PCM)和热管冷却。电池散热体系分类如图 1 所示。

　　正在电池散热体系方面，国表里学者仍然举行了 合连拾掇和综述，要紧侧核心为横向比拟， 纵向比拟涉及的较少。本文对电动汽车锂离子电池散热执掌的切磋起色举行了明白及梳理，总结了各切磋学者正在锂电池散热执掌中所做出的戮力以及上风，旨正在来日进一步优化 BTMS，并提出前沿的本事举行辅导。大多号-新能源电池包本事

　　本文第 2 节阐明了锂电池的产热道理及模子， 第 3 节周到先容锂电池分歧散热体系的本能和优误差。结果正在第 4 节举行总结并对来日的散热本事起色宗旨做出了预测。

　　以锂离子电池为例，其产热开头要紧有三种地势，永诀为极化热( ) Q、内阻焦耳热（Q)和化学 反映热( Q)。

　　式中， JLi为锂离子互换的电流密度，η为过电势, I 为电池充放电电流巨细， R为电池极化内阻。

　　内阻焦耳热是电池充放电进程中最要紧的热量开头。该值永远为正值，充放电进程中都爆发烧量， 公式如下所示

　　化学反映热为锂电池内部因锂离子的行动而产 生的热量，正在放电时热量取正值，充电时取负值。 反映热公式为

　　明白电池热模子手法有许多，可通过物理机造 竖立电热模子、电化学模子和热失控模子，也可通过分歧维度竖立电池一维对称、二维或三维模子。

　　电热模子最初是由美国国度可再生能源实行室 的 Steve Burch 提出，后由 Johnson更始，模子的散热量盘算为

　　式中，qjoul和qcombustion永诀体现焦耳热与反映热， abuse q 为热滥用发作后卓殊的产热量，qsei为 SEI 瓦解反映产热，qne为负极活性质料反映热，qpe为 正极活性质料反映热，qele为电解液瓦解反映热，qnb为正负极之间的反映热。均由以下公式盘算可得

　　式中，i = sei ne , 时， x = c ，W为特定体积的比碳 含量；i = pe 时， x = p ，W为特定体积的正活性 因素；i = ele ， x = e ，W为特定体积的电解质含 量；RiAi，Ea，sei，a，pe，Ea，ete为反映参数，H为比热开释量， csei为 SEI 中不乱的锂离子无量纲数目， cneg为碳中锂离子无量纲数目， tsei为 SEI 中锂离子的数目，α 为转换度， ele c 为电解质的无量纲浓度。

　　散热体系或许使电动汽车以最佳形态运转，为 确保锂电池的平安性、利用寿命和本能，须要对电池的温度举行及时监测和实时降温以避免动力电池的热失控。以下将对电池散热的几种分歧体例举行周到先容。

　　氛围冷却又叫风冷，是目前利用最广大的电池 散热体例，可与整车的行驶特征计划相贯串。大多号-新能源电池包本事可通过车速造成的天然风将热量带走，也可通过电扇运行爆发强造气流。天然对流拥有方便易行，低本钱， 散热进程多以天然对流为主等便宜，误差为风力弗成控。强造对流比拟天然对流更牢靠，更易于维持， 是以成为常见的电池冷却体例。强造对流的误差是电池内的温度散布不服均，因为氛围自身的特征， 冷却恶果有肯定的限定性。

　　为提升电池温度散布的平均性与冷却效用，电 池组内单体电池陈列体例的切磋是必弗成少的。常见的电池陈列体例有顺排、叉排和梯形陈列三种，如图 2 所示。

　　顺排体例为单体电池正在电池箱内呈划一有序的 排放，如图 2a 所示。表部冷氛围从电池裂缝穿过，便宜为气流阻力较幼，误差为不易受到扰动而爆发湍流漩涡，与电池接触面较幼，对流换热较幼，是以散热效用不高，寻常不采用。

　　叉排体例是将相邻的两个电池互相错开陈列， 如图 2b 所示。表部冷氛围通过上一层电池后直接穿过下一层电池的皮相，然后绕过该电池皮相流向电池两侧的间隙。扩展了冷氛围与电池接触的面积， 提了电池皮相的对流换热系数，进而提升了散热效用，误差为活动阻力牺牲较大。大多号-新能源电池包本事

　　梯形陈列体例正在气流尾部裁汰电池的个数，缩幼冷氛围流利宗旨的截面积，从而扩展换热系数， 如图 2c 所示。采用梯形陈列体例或许均衡上下游电池的散热恶果，可使电池组中的单体电池温度散布显露出较好的类似性。

　　然而正在利用 32(4×8)个锂电池举行强造风冷试验切磋中，将电池组永诀采用顺排、交织和交叉三种体例举行陈列，交织和交叉体例如图 3 所示。采用三种范例陈列体例的锂电池组正在 20 ℃职业境遇下举行试验，放电速度为 2C。风洞扶植正在 4 列电池侧，当进气速率从 0.6 m·s−1扩展到 1 m·s−1时， 顺排、交织和交叉陈列的电池组最大温升永诀低落了 10 ℃、7 ℃和 7 ℃。跟着进气速率的扩展，三种陈列体例的电池组温度呈负指数地势裁汰。

　　该结果与文件半斤八两，正在电池组中顺排体例展现出更好的冷却本能，其次是交织陈列，结果是交叉陈列。

　　通过上述两个风冷热执掌散热本能的试验结果 比拟可知，电池组的陈列依次、进出风口的场因此及风速的巨细等成分城市影响电池的散热恶果。电池组个数较少时，风速的提升和电池组的陈列依次对散热的本能和温度散布的平均性影响变动不大。当电池组个数较多、电池包密度较大时，三种陈列体例的上下游风压的分歧会导致每种体例的散热恶果显露出不类似性，乃至会因风速的扩展加剧风冷体系能量的二次花费，与提升电池组效用和散热本能相抵触。

　　电动汽车中电池个数往往成千上万，数目远远比试验的多。是以当储能体系中电池个数较少时， 可采用图 2 中梯形陈列体例；当储能体系电池个数较多时，可采用图 3 中的顺排体例。

　　单体电池间的温度差别与其正在电池组内的场总共很大干系，寻常处境下，下周围场所相对待 中央场所散热较好，温度较低。是以正在安顿散热计划时，应尽量保障单体电池的温度平均性。按照透风体例，可分为串行透风和并行透风，如图 4 所示。

　　正在串行透风的电池模块中，利用由 8 块 26650 动力电池(2.3 A·h，3.3 V)举行 4 个串联和 2 排并联构成的电池组模子，电池模块的电压为 14.8 V，容量为 4.6 A·h。该试验平台蕴涵充放电装配，温度、风速、压力检测器，风洞装配等，风洞装配能 够有用驾御风速巨细，风速的巨细周围为 0.5 m·s−1～30 m·s−1。试验借帮 ANSYS/FLUENT 软件对该模块举行二维数值模仿切磋，CFD 模子示妄思和网格划分结果如图 5 所示，网格采用四边形非机合网格，但该数值模子未琢磨到流体参数和流场正在 z 轴的变动。

　　CHEN 等举行了各样合于提升氛围模块冷却效用的切磋。利用盘算流体动力学手法的数值处理计划以及优化算法来更始由棱柱形电池构成的风冷电池组，如图 6 所示。电池间距散布、气流速度、入口和出口的宽度、增压室长度和场所是数值函数中要优化的主意。电池体系由 8 个方形电池构成， 正在 5C 放电倍率下举行测试。试验结果阐明，当入口和出口位于增压室的中心时可能竣工电池的高效冷却。与 Z 型热执掌模子比拟，电池间的最高温度和最大温差永诀低落了 4.3 ℃和 6.0 ℃。

　　基于风冷热执掌的便宜搜罗：运转进程中的安 全性与牢靠性、所需质料方便且易于竣工、爆发无益气体时或许实时有用透风；与液体和相变质料比拟，氛围行为冷却介质的降温材干明白亏空，且仅实用于低密度电池。表 2 对风冷体系中的极少主要参数举行了总结。

　　巨大的电池组爆发的热量使得主动式风冷体系 随之扩展体积，从而影响电动汽车的本能和旅客的痛疾度。为处理风冷体系面对的题目并提升其本能， 稠密学者入手切磋将其他冷却介质出席到风冷体系中。

　　与基于风冷的电池热执掌体系比拟，基于液 体的热执掌拥有更高的传热系数和比热容，对提升电池组能量密度和热执掌材干有着更明显的恶果。表 3 为水正在分歧温度下的导热系数。按照电池与冷却液接触的体例，液冷体系可分为直接接触式和间接接触式两种。大多号-新能源电池包本事按照电池液冷散热的机合又可分为主、被动两种体例，被动式体系中， 冷却液与表界氛围举行热量互换，将电池热量送出；主动式体系中，电池热量通过液-液互换的体例送出。

　　冷却液直接与电池或电池模块皮相接触为直接 接触式液冷，相较于风冷或许更好地举行电池散热。冷却液的特性为导热率高且绝缘，但因为利用的冷却液体活动性不强，是以散热恶果也会受到肯定的影响。

　　两相冷却本事正在直接接触式液冷体系中是一种 较前沿的冷却本事。选拔 3M 公司浓度为 99.5% 的 Novec7000 电子氟化液行为冷却剂，冷却剂液体正在常压下沸点为 34 ℃。通过试验展现，纵使正在放电倍率为 5C 的条款下，冷却剂也可将电池组的温度坚持正在 35 ℃独揽。同时试验结果还说领会，正在沸点以下的冷却液的冷却恶果横跨了基于氛围的热执掌体系，当冷却液的温度抵达沸点时，欣喜进程可进一步将电池的温度趋于类似。正在冷却液欣喜进程中会受到大气压的影响，是以有需要切磋若何通过驾御冷却液四周的压力来主动驾御欣喜强度。

　　间接接触式冷却体系是通过装有冷却液的翅片 或热浸等物质与电池接触带走热量，从而抵达使电池降温的目标。对待圆柱形电池，可扶植成环形夹套式机合，其液体的流速不受范围，是以可利用导热率高的液体质料。间接接触式冷却体系总体机合如图 7 所示，液管扶植正在电池四周通过液体活动进 行热量转达。

　　与圆柱形电池比拟，方形电池样式划一，皮相平整，正在相邻电池单体之间可能通过插入板式散热组件，正在冷板上焊接各样样式的管道，使液体从管道内流过，对电池举行冷却。也可采用扁平管式机合，将压平的管道置于相邻电池之间。冷板式液冷体系中，冷却液与电池间接接触， 或许有用避免短道危害，提升电池组运转的平安性。冷板中的流道按照进出口地势可分为单进单出、单进多出、多进单出和多进多出式流道，冷却液为水或其他冷却液与水的混淆物。如图 8 所示，为单进单出式流道示妄思，个中冷却液进出口可同侧进出，也可异侧进出。单进单出式流道机合冷板的要紧便宜为装置容易，机合方便，误差为因电池尺寸的范围而导致管内冷却液活动阻力较大，扩展了电池花费，且当流速较低时，进出口的温差较大，增 加了电池温度的不类似性。

　　多进式通道冷板液冷体系中，冷却液进出口均 为两个及以上，如图 9 所示。当电池尺寸较大或者电池密度较高时，采用单进式通道，冷却液流速越大，电池温差越幼，但同时压力耗能也就越大。为减幼液体活动时的阻力，切磋者们采用了多进多出式通道冷板。多进多出式冷板的便宜为冷却速率疾， 效用高，误差为进出口的扶植越多，庞大水准就越 大，同时漏液的恐怕性就越大。

　　正在方形锂离子电池冷却体系中增加冷板式微型 通道，如图 10 所示。冷板为铝造质料，拥有高 导热系数等便宜，冷却液采用液态水，电池利用 5C 倍率恒放逐电举行模仿试验。模仿结果阐明，正在冷却板上扩展的冷却通道越多，放电结果后的电池最高温度越低；同时正在进口流量为 5×10−6kg·s−1时， 电池最高温度降低至 58.40 ℃，限造减幼为 9.02 ℃，当流量扩展到 5×10−4kg·s−1时，锂离子 电池内部的温差慢慢减幼。

　　因为仅采用液态水来行为冷却液质料，当境遇温度极其恶毒时难以保障电池的平常利用，须要琢磨其他的替换手法或者贯串主动造冷以低落通道口的进液温度。

　　正在单进单出流道的冷板机合方便的根柢上，稠密学者切磋出了单进单出式的蛇形流道冷板，如图 11 所示。流道正在冷板上显露出蛇形波折旋绕，或许避免冷却液正在进口端温度低，出口端温度高而导致电池组温度不类似的题目。

　　对待蛇形通道机合，可能按照产热特征、热量 转达和热量散布的实践处境来举行合理的计划。同时 JARRETT还对图 12 的八种分歧通道样式举行了数值明白，展现冷却液进出口的宽度、流道的样式和散布等城市对电池的温度形成很大的影响。纵使正在电池温差较幼时，电池分歧部位的温度散布也恐怕由于分歧的通道机合而显露差别。因此正在分歧的蛇形流道机合计划上，同样要琢磨电池的降温以及其温度散布的平均性。

　　正在古代的直通冷板中，冷却液沿着入口端活动 到出口端，对散播热系数慢慢低落，导致最高温度连接升高，温度梯度变大。针对此题目，JIN 等计划了一种超薄内斜翅片微型通道冷板，当流量和负载永诀为 0.1 L·min−1、220 W 和 0.9 L·min−1、1240 W 时，该体系或许使电池双方冷板的温度低落到 50 ℃以下。

　　斜翅片冷板模子如图 13 所示。该模子由两块板构成，每块板蕴涵无别数目标斜翅片，如图 13a所示，冷板中的流道呈 U 形机合，如图 13b 所示。

　　冷板中的斜翅片可使电池内部的热量加快扩散 到活动中央，使两头的对流换热系数高于中央的对流换热系数，从而使斜翅片微型通道冷板拥有更好的对散播热系数，且冷却液的活动比直通道下的愈加平均。

　　正在电池表衣上一层环形腔体，使电池与表壳间组成流体通道，称为夹套式液冷体系。夹套式 液冷体系或许餍足多种处境下的电池散亲热况， 乃至可正在低温境遇下对电池组举行加热。电池组 夹套式液冷体系机合由电池组、套管式换热器和管道等构成。

　　操纵夹套式液冷体系通过有限体积法对电池进 行数值明白，利用的电池组模块为 5×5 的圆柱 形锂离子电池。明白比拟电池组正在 0.5C、1C、2C、 3C、4C 和 5C 分歧放电倍率下的热散布。正在未增加 冷却体系时，正在 5C 放电倍率下仿线 s 内电池组抵达的最高温度为 61.449 ℃，电池组内的最大温差为 37.626 ℃，如图 14 所示。出席夹套式冷却体系后，5C 放电倍率下的最高均匀温度 为 27.862 ℃，电池组内的最大温差为 2.894 ℃。

　　液冷散热体系或许有用低落电池的职业温度和 限造温差，但同时也存正在体系机合庞大，或发作漏液等不良处境。为此 TANG 等对液冷体系和热泵空调体系(Heat pump air conditioning system，HPACS) 举行了耦合计划，竖立了基于液冷与热泵空调体系 的主动校准模子。通过模子试验阐明，计划的液冷 体系正在境遇温度为 42 ℃时，入口处的温度可低落 至 19.8 ℃，此时体系本能参数为 2.36。

　　因为氛围的传热系数相对较低使得风冷体系不 实用于大局部的高本能电动汽车，为降服氛围冷却的误差，可行使二次回道液冷体系。二次回道液冷体系示妄思如图 15 所示。该体系由两个轮回构成，虚线标示的造冷剂回道与实线标示的液体冷却剂回道由冷水机维系，液体冷却剂的流量和流速由冷负荷和四周境遇来断定并通过三通膨胀阀驾御。当电池须要低冷却本能或境遇温度低于液体冷却剂温度时，液体冷却剂就会流向表部的散热器；当电池须要高冷却本能或境遇温度高于冷却剂温度时，冷却剂就会流向冷凝器与造冷剂举行热互换。便宜为正在极度天色条款下还可坚持电池合适的温度并餍足充放电央浼，误差为该体系机合庞大，随之爆发更多重量、扩展维持职业量和液体暴露等危害。

　　液冷散热体系恶果优秀，或许有用低落电池的 职业温度和限造温差，同时也存正在体系机合庞大，质地相对大，存正在漏液以及经常须要维持等倒霉影响。但正在对电池职业条款央浼相对厉峻、热执掌优 先的电动汽车热执掌体系中，液冷体系电池散热体例拥有比风冷更明白的上风，表 4 正在上述文件和调 研的根柢上对散热本能举行了总结。

　　热管(Heating pipe，HP)是操纵管内介质相变进 行吸热和放热的高效换热元件，广大行使于工业等稠密规模。常用的热管有三局部构成：关闭式金属管、吸液芯和端盖，将热管内抽成真空，充入合适的冷却液体，使管内壁的吸液芯毛细多孔质料内充满冷却液后加以密封。职业道理图如图 16 所示，热管的吸热端为蒸开始，散热端为冷凝端。当热管的加热端受热时，职业介质受热蒸发并正在管内流体的受力卑劣向冷凝端，然后蒸汽正在冷凝端散热从头变为液体，冷凝端的液体受重力或多孔质料的毛细力用意卑劣回蒸开始，以抵达散热的目标。如许轮回，将电池爆发的热量转达到表界氛围，从而竣工幼温差大热流的传输，使电池温度低落。

　　热管因为拥有优秀的热流密度可变性、导热性、 密度可变性、热流宗旨可逆性、精良的恒温热性和境遇顺应性等特性，已成为电子配置主要的散热本事之一。其余，热管须要正在肯定的条款下技能平常职业，从热管的蒸开始到冷凝端的汽相与液相之间的静压差都应与该处的毛细压差坚持线性干系。

　　为冷凝端回到蒸开始的压降； ΔP为由重力势能惹起的流体压降，由热管境遇所断定，数值可正可负。热管比拟于其他冷却体系拥有更强的传热能 力，但并不料味着可能无尽增大其热负荷，热管的 热效用受稠密成分限造。影响热管的传热的极限如 图 17 所示，当热管抵达极限时，传热量将不再 不绝扩展，传热极限取决于热管的样式、内部吸芯液的机合、职业介质和四周境遇。

　　扁平热管(Flat heat pipe，FHP)与平常热管比拟，可能更满盈的接触电池皮相，或许更迅速、平均的转达热量。

　　扁平热管体系如图 18 所示，利用可再现电池模块爆发的热量举行 FHP 的冷却体系的试验，切磋了 FHP 冷却体系的热本能，并与各样倾斜场所和多种冷却条款下的古代散热器举行了对比。试验结果阐明，带有热管的平常散热器通过天然对流热阻低落了 30%，正在风速较幼的处境下，热阻低落了 20%，从而使电池温度坚持正在 50 ℃以下。按照电动汽车中为电池组分拨的空间，可将扁平热管举行笔直或秤谌安插。

　　重力型热管又称为热虹吸管，机合如图 19 所示，从传热角度可由冷凝端、绝热端和蒸开始三部 分构成。液体工质正在蒸开始受热后汽化进入冷凝端， 正在冷凝端开释潜热并正在管壁上造成液膜，液态工质正在重力的用意下沿管壁回到蒸开始，如许轮回。因为重力热管拥有宗旨性，蒸开始需扶植正在冷凝端的下方， 操纵液体工质自己重力回到蒸开始，是以重力型热感机合方便、创造容易、本钱低贱且不乱性较好。

　　针对正在微重力下热管内冷却液难回到蒸开始的 题目，学者们采用了拥有吸液芯机合的烧结热管。 烧结热管或许正在毛细力的用意下将冷却液从冷凝端送到蒸开始，同时吸液芯机合正在轮回中的速率更疾， 有利于热量的转达和扩散，提升了热管的传热效用。

　　近年来，烧结热管所碰到的题目为其机合和质料难以餍足高热流密度境遇下的散热，越发正在传热进程中因为真空腔厚度的扩展导致限造烧干的处境。是以合理的安顿热管机合，拣选合适的工质提升热管的传热率是往后的切磋热门。

　　正在举行基于扁平式烧结热管的方形电池散热试验，切磋了烧结热管对电池的散热特征和电池组的温度散布类似性。通过切磋展现，正在电池温升和限造温差的驾御中，必需同时琢磨热管的有用散热材干和均热材干；电池限造温差随热管倾斜角的减幼而增大，当热管笔直装置时，电池限造温差受 道面坡度影响较幼，传热热阻可怠忽不计；正在周期性散热的工况下，扁平式烧结热管仍能坚持优秀的散热材干和热量平均性。

　　环道热管由20 世纪苏联科学家MAYDANIK 初度提出，机合如图 20 所示。回道体系广泛由蒸发器、冷凝器和积蓄室构成。环道热管拥有反重力本能好、传热材干强和安顿容易等特性。

　　常见的环道热管有两种机合地势，永诀为圆柱 型平和板型。圆柱型的特性为蒸发受热平均，且毛细芯或许获得满盈的潮湿。与圆柱型热管比拟，平板型接触的电池面积更大，散热愈加平均，传热材干更为优良。

　　脉动热管又称振荡热管，机合如图 21 所示。 脉动热管可分为闭合型和盛开型，盛开型为单向活动，闭合型则两头造成回道，且中心可加一个或多个单向阀举行衍生。

　　与古代的热管比拟，脉动热管拥有体积幼、机合方便、传热本能优秀、顺应性强、可对样式举行任性弯曲等便宜。

　　综上文件明白，总结基于热管的电池热执掌体系的明显便宜为正在不花费任何功率的处境降低低最大温升，同时拥有更高的导热性、寂寞无噪音、重量轻、 机合伶俐、轻维持和轮回利用寿命长等便宜。误差为热管的容量幼、接触面积幼

　　，对大型电池组须要利用更多的热管举行散热，以及无法对电池组举行加热。3.4 相变质料冷却体系

　　相变质料(Phase change materials，PCM)的物理 形态随温度而变动，相变进程中温度变动周围幼， 但吸取或开释的潜热大。相变质料拥有体积变动幼、潜热大、不乱性好等便宜。

　　常见的 PCM 质料可分为有机质料、无机质料 和共晶质料，有机质料搜罗白腊(PA)和白腊化合物，如硬脂酸和长链烷烃等；无机质料搜罗水合盐和金属等质料；共晶质料是两种或多种拥有特定原子比的有机和无机化合物的混淆，拥有较高的潜热和较高的熔点。

　　有机质料中因为白腊拥有高潜热、不乱性好、 耐侵蚀和低本钱的便宜，被广大行使与电池热执掌体系中。因为易燃性和吐露危害使得热执掌体系中不会利用纯白腊行为相变质料。针对这一题目，学者们提出一种有用手法，便是将膨胀石墨(EG)、金属泡沫铜、纳米流体和石墨毡等导热质料引入到纯有机相变质料中。

　　将有机质料正二十烷 PCM 与铜纳米颗粒、翅片和泡沫金属混淆，造成拥有更高热导性的复合 PCM，机合如图 22 所示。

　　试验机合阐明，纳米颗粒的出席对电池散热特 性影响很幼，而翅片的增加使得电池温度明显降低， 高导热性和三维机合的金属泡沫正在低落电池温度方面相对最有用。

　　操纵 PA、EG、聚磷酸铵(APP)、红磷(RP)和环 氧树脂(ER)构成的新型复合 PCM，可加强热物理和阻燃本能。PCM 电池热执掌模子如图 23 所示， 个中圆柱形电池安插正在孔中且被 PCM 质料包裹。 试验结果阐明，当 PCM 质料中 APP 和 RP 比例为 2.3:1 时，电池模块能展现出更精良的阻燃性。

　　与有机质料比拟，无机质料因其易侵蚀、易脱 水和过冷特征导致正在电池热执掌中利用很少。近年来，也有不少学者入手对其举行切磋。范例的无机质料有水合盐和金属相变质料。为处理无机质料易脱水题目，LING 等计划出一种新型多标准封装 的无机 PCM，便宜为拥有高不乱性，机合如图 24 所示。琢磨到平安性和低本钱，利用了一种不易燃的三水乙酸钠-尿素无机相变质料。EG 的增加能提升 PCM 的导热性，有机硅胶的封装可提升复合 PCM 的长远不乱性。

　　共晶质料是有机和无机的混淆物，是以拥有更高的潜热和尖利的熔点等特征。共晶质料的特性为不夹杂合物的层状机合，正在熔化和固结进程中不会崭露偏析景象，可阻拦因素发作变动。通过物理贯串六水硝酸镁和硝酸锂造备的共晶混淆物中增加膨胀石墨，造备一种复合共晶质料。通过试验测得共晶混淆物的相变温度为 72.46 ℃，潜热为 170.32 kJ/kg，正在容器选拔上利用铝造或不锈钢为最佳质料。所造备的共晶相变质料拥有优秀的吸热材干，可为电池储能规模散热器的候选质料。

　　PCM 依赖于自己高潜热的材干，然而当温度横跨自己的熔点后 PCM 冷却本能就会明显降低。是以将 PCM 与常用冷却手法耦合起来组成混淆体系，确保长远利用。表 5 总结了近些年 PCM 与其他冷却体系耦合的计划。图 25a 正在铝造框架中增加白腊质料，氛围通过框架的间隙活动来冷却和固化白腊。图 25b 将复合 PCM 的一侧维系电池，另一 侧维系到带有风冷体系的散热器。正在高温境遇和高放电倍率下，电池模块温度仍能坚持正在 60 ℃以下， 拥有优秀的热本能。

　　与风冷比拟，液冷或许展现出更优良的热本能 和能源效用。图 26a 为集成 PCM 与液冷体系贯串的热执掌。当境遇温度为 40 ℃，放电倍率为 3C 下，液体冷却体系执掌下的电池组的最高温度和电池间的梯度永诀为 47.6 ℃和 4.5 ℃。图 26b 正在 PCM 体系中贯串了可控液暗斗术，可按照 PCM 的温度和境遇温度来安排冷却液的流速和入口温度，避免 了电池组正在分歧境遇温度下崭露的过热题目。

　　PCM 与热管耦合以低落电池组的温度，正在电池 组的热执掌体系中通过填充PCM可减低约33.6%的温差，将热管嵌入到 PCM 中可进一步降低 28.9%。图 27 为 PCM 与脉动热管耦合的热执掌体系，脉动热管夹正在电池之间，将 PCM 填充至电池和热管的裂缝中，因为 PCM 耦合热管体系既有 PCM 的固液相变蓄热，又有脉动热监工质的液汽传热，是以正在各样工况下，PCM 耦合热管的体系拥有更好的散热本能。

　　INDUSTRIAL INTERNET储能电池行为电动汽车的中枢，散热题目是电 池热执掌体系的合节本事之一。基于电池散热的切磋近况和切磋趋向，来日的热执掌体系可从以下方面睁开。

　　(1) 风冷体例的散热机合方便，计划轻盈便捷， 但冷却效用较低，许多处境不适于电动汽车的电池散热。气流利道和电池排布的优化是来日的切磋宗旨。

　　(2) 比拟于风冷，液冷拥有更高的散热效用， 能使电池组温度坚持正在平常温度周围内，且使单体电池显露出更好的温度平均性。因为须要卓殊的冷却剂轮回器件，扩展了电道的庞大性、整车的重量与能耗，且有漏液的危害。通道样式和数目优化是核心切磋宗旨。纳米流体行为冷却剂的本能还需进 一步切磋。

　　(3) 热管行为一种导热器械，拥有更高的导热率，但因为蒸发器和冷凝器局部的接触面积幼和体积较大等来因，正在实践行使中难以集成。卓殊能源花费的缩减和体系机合的简化是来日的起色趋向。

　　(4) 大大批的 PCM 导热系数较低，直接影响到 电池的散热效用。是以寻找高导热率的 PCM 连续是切磋核心。若是正在相接的高倍率充放电轮回中仅利用 PCM 来驾御电池温度，恐怕无法抵达理思的恶果。是以，须要卓殊的冷却体系来举行辅帮，以协帮散热。PCM 与其他冷却体系的贯串是电池热执掌体系的起色趋向之一。

　　目前 PCM 质料正缓慢向直冷逼近，相变质料 利用造冷剂 R134a。通过造冷剂的相变进程将热量带走。范例的例子有 BWM i3，散热恶果比液冷横跨 3-4 倍，且避免了乙二醇液体正在电池内部活动形成的氧化侵蚀。当然直冷体例只可举行散热，须要装置加热器来举行加热。

　　来日，对高功率、高能量密度和高充电效用电 池的需求将连接增进，随之而来的是对更高效、更不乱、更经济、更紧凑的电池热执掌体系的需求。 从低能耗和机合角度来看，PCM 的散热体系更拥有潜力，须要进一步切磋来提升贸易行使性。最初， 寻找高导热率的 PCM 来庖代；其次，计划以 PCM 为主体，其他散热体系为辅帮的协同机造，以保障电池热执掌体系的耐久性。

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