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• 发布时间：2025-03-27 23:53:20
• 来源：j9九游真人游戏老哥俱乐部

　　锂电池手艺的逐步成熟使之运用正在各个行业中，其产物遍及运用正在电网储能、智能家电、通信储能、新能源汽车等范围。个中锂电池的热统造手艺是电池组拉长命命、运转安然的首要保险。锂电池热统造体系对电池的安然安全稳性起着至闭首要的功用，本文对现有的散热手艺举行了遍及的先容和论述。开始总结了电池热量的发生、传热和热量散布，其次商榷了电池散热体系中风冷、液冷、热管和相变质料等四种办法的任务道理和特征，最终联合电池散热体系的发扬需求，提出改日的散热体系发扬对象和可实行的手艺。

　　跟着经济的迅疾发扬，新能源手艺的继续开 发，电动汽车逐步成为交通器材的主流趋向之一。锂离子电池动作电动汽车的首要动力源，对电动汽车的安然性、行驶里程、运用本能和寿命起着至闭首要的功用。锂离子电池拥有任务电压高、体积幼、能量高、无回顾效应、轮回寿命长等益处，曾经成为了目前电动汽车中运用最遍及的电池之一。民多号-新能源电池包手艺

　　为满意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联合的办法举行运用。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，此时的电池温度会爆发很大的转移。若不实时散热，热量正在电池模块内继续积聚， 会导致电池模块热量继续上升和不服均扩散。锂电池内部化学因素耐热性较差，于是正在高温下会加快反响，导致锂离子电池内部布局发生质变，最终变成急急的安然后果。同时，锂电池也不适合正在低温境遇下任务，低温下的锂电池活性会低浸。于是， 须要一个高效的电池热统造体系(Battery thermal management system，BTMS)来仍旧符合的电池任务温度范畴，以防备温渡过高或过低所带来的倒霉影响。普通来说，电池温度每升高 10℃，内部化学反响速度增大一倍，其寿命节减一半。通过对容量为 1.8 A·h 的索尼 18650 锂电池的轮回本能举行讨论，结果证实，正在 25 ℃和 45 ℃任务温度下锂电池举行 800 次充放电轮回后，电池容量阔别低浸 31% 和 36%；当任务温度为 50 ℃时，500 次充放电轮回后电池容量低浸 60%。看待锂电池，任务温度越过 50 ℃，电池的运用寿命就会随之低浸。电池的容量和功率能够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存亡区和析锂征象，导致电池的容量节减，而电池功率也因阻抗填充而下降。表 1 总结了锂离子电池容量的衰减和温度的干系，锂电池最佳任务温度范畴是 25 ℃～40 ℃。

　　跟着电动汽车的发扬和动力体系功率的继续晋升，电池组的密度也比以往填充更多，迅疾充电的需求导致电池正在大电流充放电时发生更多的热量。正在这种趋向下策画出合理的电池热统造体系成为重心，须要正在高温下举行迅疾散热、低温条款下可以举行加热或保温，以晋升电动汽车的合座本能。民多号-新能源电池包手艺

　　目前较成熟的散热体系遵照传热介质可分为四个别，阔别为风冷、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，国表里学者曾经举行了 闭联整顿和综述，首要侧核心为横向比拟， 纵向比拟涉及的较少。本文对电动汽车锂离子电池散热统造的讨论希望举行了分解及梳理，总结了各讨论学者正在锂电池散热统造中所做出的奋发以及上风，旨正在改日进一步优化 BTMS，并提出前沿的手艺举行向导。民多号-新能源电池包手艺

　　本文第 2 节阐述了锂电池的产热道理及模子， 第 3 节详尽先容锂电池差别散热体系的本能和优污点。最终正在第 4 节举行总结并对改日的散热手艺发扬对象做出了预计。

　　以锂离子电池为例，其产热来历首要有三种情势，阔别为极化热( ) Q、内阻焦耳热（Q)和化学 反响热( Q)。

　　式中， JLi为锂离子调换的电流密度，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首要的热量来历。该值永远为正值，充放电进程中都发生热量， 公式如下所示

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

　　分解电池热模子法子有良多，可通过物理机造 设立筑设电热模子、电化学模子和热失控模子，也可通过差别维度设立筑设电池一维对称、二维或三维模子。

　　电热模子最初是由美国国度可再生能源测验室 的 Steve Burch 提出，后由 Johnson厘正，模子的散热量打算为

　　式中，qjoul和qcombustion阔别呈现焦耳热与反响热， abuse q 为热滥用爆发后特殊的产热量，qsei为 SEI 明白反响产热，qne为负极活性质料反响热，qpe为 正极活性质料反响热，qele为电解液明白反响热，qnb为正负极之间的反响热。均由以下公式打算可得

　　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为反响参数，H为比热开释量， csei为 SEI 中平稳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。

　　散热体系可以使电动汽车以最佳状况运转，为 确保锂电池的安然性、运用寿命和本能，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差别办法举行详尽先容。

　　氛围冷却又叫风冷，是目前运用最遍及的电池 散热办法，可与整车的行驶性格策画相联合。民多号-新能源电池包手艺可通过车速变成的天然风将热量带走，也可通过电扇运行发生强造气流。天然对流拥有简易易行，低本钱， 散热进程多以天然对流为主等益处，污点为风力不成控。强造对流比拟天然对流更牢靠，更易于保卫， 于是成为常见的电池冷却办法。强造对流的污点是电池内的温度散布不服均，因为氛围自己的性格， 冷却成就有必定的节造性。

　　为普及电池温度散布的平均性与冷却效果，电 池组内单体电池分列办法的讨论是必不成少的。常见的电池分列办法有顺排、叉排和梯形分列三种，如图 2 所示。

　　顺排办法为单体电池正在电池箱内呈齐截有序的 排放，如图 2a 所示。表部冷氛围从电池罅隙穿过，益处为气流阻力较幼，污点为不易受到扰动而发生湍流漩涡，与电池接触面较幼，对流换热较幼，于是散热效果不高，普通不采用。

　　叉排办法是将相邻的两个电池互相错开分列， 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表貌，然后绕过该电池表貌流向电池两侧的间隙。填充了冷氛围与电池接触的面积， 提了电池表貌的对流换热系数，进而普及了散热效果，污点为活动阻力耗费较大。民多号-新能源电池包手艺

　　梯形分列办法正在气流尾部节减电池的个数，缩幼冷氛围畅通对象的截面积，从而填充换热系数， 如图 2c 所示。采用梯形分列办法可以均衡上下游电池的散热成就，可使电池组中的单体电池温度散布表现出较好的类似性。

　　然则正在运用 32(4×8)个锂电池举行强造风冷试验讨论中，将电池组阔别采用顺排、交叉和交叉三种办法举行分列，交叉和交叉办法如图 3 所示。采用三品种型分列办法的锂电池组正在 20 ℃任务境遇下举行试验，放电速度为 2C。风洞树立正在 4 列电池侧，当进气速率从 0.6 m·s−1填充到 1 m·s−1时， 顺排、交叉和交叉分列的电池组最大温升阔别下降了 10 ℃、7 ℃和 7 ℃。跟着进气速率的填充，三种分列办法的电池组温度呈负指数情势节减。

　　该结果与文件霄壤之别，正在电池组中顺排办法浮现出更好的冷却本能，其次是交叉分列，最终是交叉分列。

　　通过上述两个风冷热统造散热本能的试验结果 比拟可知，电池组的分列依序、进出风口的处因而及风速的巨细等要素都市影响电池的散热成就。电池组个数较少时，风速的普及和电池组的分列依序对散热的本能和温度散布的平均性影响转移不大。当电池组个数较多、电池包密度较大时，三种分列办法的上下游风压的差别会导致每种办法的散热成就表现出不类似性，以至会因风速的填充加剧风冷体系能量的二次泯灭，与普及电池组效果和散热本能相抵触。

　　电动汽车中电池个数往往成千上万，数目远远比试验的多。于是当储能体系中电池个数较少时， 可采用图 2 中梯形分列办法；当储能体系电池个数较多时，可采用图 3 中的顺排办法。

　　单体电池间的温度差别与其正在电池组内的处整个很大干系，普通处境下，下角落处所相看待 中央处所散热较好，温度较低。于是正在计划散热策画时，应尽量担保单体电池的温度平均性。遵照透风办法，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，运用由 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。该试验平台包括充放电装配，温度、风速、压力检测器，风洞装配等，风洞装配能 够有用职掌风速巨细，风速的巨细范畴为 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讨论，CFD 模子示妄思和网格划分结果如图 5 所示，网格采用四边形非布局网格，但该数值模子未琢磨到流体参数和流场正在 z 轴的转移。

　　CHEN 等举行了种种闭于普及氛围模块冷却效果的讨论。运用打算流体动力学法子的数值处置计划以及优化算法来厘正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、增压室长度和处所是数值函数中要优化的目的。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。试验结果证实，当入口和出口位于增压室的中央时能够竣工电池的高效冷却。与 Z 型热统造模子比拟，电池间的最高温度和最大温差阔别下降了 4.3 ℃和 6.0 ℃。

　　基于风冷热统造的益处蕴涵：运转进程中的安 全性与牢靠性、所需质料简易且易于竣工、发生无益气体时可以实时有用透风；与液体和相变质料比拟，氛围动作冷却介质的降温才力明明亏损，且仅合用于低密度电池。表 2 对风冷体系中的极少首要参数举行了总结。

　　伟大的电池组发生的热量使得主动式风冷体系 随之填充体积，从而影响电动汽车的本能和搭客的安适度。为处置风冷体系面对的题目并普及其本能， 繁多学者早先讨论将其他冷却介质插手到风冷体系中。

　　与基于风冷的电池热统造体系比拟，基于液 体的热统造拥有更高的传热系数和比热容，对普及电池组能量密度和热统造才力有着更明显的成就。表 3 为水正在差别温度下的导热系数。遵照电池与冷却液接触的办法，液冷体系可分为直接接触式和间接接触式两种。民多号-新能源电池包手艺遵照电池液冷散热的布局又可分为主、被动两种办法，被动式体系中， 冷却液与表界氛围举行热量调换，将电池热量送出；主动式体系中，电池热量通过液-液调换的办法送出。

　　冷却液直接与电池或电池模块表貌接触为直接 接触式液冷，相较于风冷可以更好地举行电池散热。冷却液的特征为导热率高且绝缘，但因为运用的冷却液体活动性不强，于是散热成就也会受到必定的影响。

　　两相冷却手艺正在直接接触式液冷体系中是一种 较前沿的冷却手艺。拔取 3M 公司浓度为 99.5% 的 Novec7000 电子氟化液动作冷却剂，冷却剂液体正在常压下沸点为 34 ℃。通过试验涌现，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仍旧正在 35 ℃驾御。同时试验结果还证据了，正在沸点以下的冷却液的冷却成就越过了基于氛围的热统造体系，当冷却液的温度到达沸点时，欢喜进程可进一步将电池的温度趋于类似。正在冷却液欢喜进程中会受到大气压的影响，于是有需要讨论奈何通过职掌冷却液边际的压力来主动职掌欢喜强度。

　　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，从而到达使电池降温的宗旨。看待圆柱形电池，可树立成环形夹套式布局，其液体的流速不受限定，于是可运用导热率高的液体质料。间接接触式冷却体系总体布局如图 7 所示，液管树立正在电池边际通过液体活动进 行热量转达。

　　与圆柱形电池比拟，方形电池形态齐截，表貌平整，正在相邻电池单体之间能够通过插入板式散热组件，正在冷板上焊接种种形态的管道，使液体从管道内流过，对电池举行冷却。也可采用扁平管式布局，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， 可以有用避免短途危害，普及电池组运转的安然性。冷板中的流道遵照进出口情势可分为单进单出、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搀和物。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。单进单出式流道布局冷板的首要益处为装配轻易，布局简易，污点为因电池尺寸的限定而导致管内冷却液活动阻力较大，填充了电池泯灭，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，讨论者们采用了多进多出式通道冷板。多进多出式冷板的益处为冷却速率速， 效果高，污点为进出口的树立越多，纷乱水平就越 大，同时漏液的不妨性就越大。

　　正在方形锂离子电池冷却体系中增添冷板式微型 通道，如图 10 所示。冷板为铝造质料，拥有高 导热系数等益处，冷却液采用液态水，电池运用 5C 倍率恒放逐电举行模仿试验。模仿结果证实，正在冷却板上填充的冷却通道越多，放电终结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， 电池最高温度低浸至 58.40 ℃，片面减幼为 9.02 ℃，当流量填充到 5×10−4kg·s−1时，锂离子 电池内部的温差逐步减幼。

　　因为仅采用液态水来动作冷却液质料，当境遇温度极其阴恶时难以担保电池的平常运用，须要琢磨其他的取代法子或者联合主动造冷以下降通道口的进液温度。

　　正在单进单出流道的冷板布局简易的根底上，繁多学者讨论出了单进单出式的蛇形流道冷板，如图 11 所示。流道正在冷板上表现出蛇形迂回挽回，可以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。

　　看待蛇形通道布局，能够遵照产热性格、热量 转达和热量散布的本质处境来举行合理的策画。同时 JARRETT还对图 12 的八种差别通道形态举行了数值分解，涌现冷却液进出口的宽度、流道的形态和散布等都市对电池的温度变成很大的影响。纵使正在电池温差较幼时，电池差别部位的温度散布也不妨由于差其余通道布局而表现差别。因而正在差其余蛇形流道布局策画上，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，对宣扬热系数逐步下降，导致最高温度继续升高，温度梯度变大。针对此题目，JIN 等策画了一种超薄内斜翅片微型通道冷板，当流量和负载阔别为 0.1 L·min−1、220 W 和 0.9 L·min−1、1240 W 时，该体系可以使电池双方冷板的温度下降到 50 ℃以下。

　　斜翅片冷板模子如图 13 所示。该模子由两块板构成，每块板包括一致数宗旨斜翅片，如图 13a所示，冷板中的流道呈 U 形布局，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宣扬热系数，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 液冷体系可以满意多种处境下的电池散热诚况， 以至可正在低温境遇下对电池组举行加热。电池组 夹套式液冷体系布局由电池组、套管式换热器和管道等构成。

　　诈欺夹套式液冷体系通过有限体积法对电池进 行数值分解，运用的电池组模块为 5×5 的圆柱 形锂离子电池。分解比拟电池组正在 0.5C、1C、2C、 3C、4C 和 5C 差别放电倍率下的热散布。正在未增添 冷却体系时，正在 5C 放电倍率下仿线 s 内电池组到达的最高温度为 61.449 ℃，电池组内的最大温差为 37.626 ℃，如图 14 所示。插手夹套式冷却体系后，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 ℃。

　　液冷散热体系可以有用下降电池的任务温度和 片面温差，但同时也存正在体系布局纷乱，或爆发漏液等不良处境。为此 TANG 等对液冷体系和热泵空调体系(Heat pump air conditioning system，HPACS) 举行了耦合策画，设立筑设了基于液冷与热泵空调体系 的自愿校准模子。通过模子试验证实，策画的液冷 体系正在境遇温度为 42 ℃时，入口处的温度可下降 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 合用于大个其余高本能电动汽车，为造服氛围冷却的污点，可运用二次回途液冷体系。二次回途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途与实线标示的液体冷却剂回途由冷水机毗邻，液体冷却剂的流量和流速由冷负荷和边际境遇来裁夺并通过三通膨胀阀职掌。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调换。益处为正在极度天气条款下还可仍旧电池符合的温度并满意充放电哀求，污点为该体系布局纷乱，随之发生更多重量、填充保卫任务量和液体透露等危害。

　　液冷散热体系成就优越，可以有用下降电池的 任务温度和片面温差，同时也存正在体系布局纷乱，质地相对大，存正在漏液以及通常须要保卫等倒霉影响。但正在对电池任务条款哀求相对端庄、热统造优 先的电动汽车热统造体系中，液冷体系电池散热办法拥有比风冷更明明的上风，表 4 正在上述文件和调 研的根底上对散热本能举行了总结。

　　热管(Heating pipe，HP)是诈欺管内介质相变进 行吸热和放热的高效换热元件，遍及运用于工业等繁多范围。常用的热管有三个别构成：紧闭式金属管、吸液芯和端盖，将热管内抽成真空，充入符合的冷却液体，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。任务道理图如图 16 所示，热管的吸热端为蒸起头，散热端为冷凝端。当热管的加热端受热时，任务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功用卑劣回蒸起头，以到达散热的宗旨。如许轮回，将电池发生的热量转达到表界氛围，从而竣工幼温差大热流的传输，使电池温度下降。

　　热管因为拥有优越的热流密度可变性、导热性、 密度可变性、热流对象可逆性、优异的恒温热性和境遇适当性等特征，已成为电子装备首要的散热手艺之一。其余，热管须要正在必定的条款下才华平常任务，从热管的蒸起头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仍旧线性干系。

　　为冷凝端回到蒸起头的压降； ΔP为由重力势能惹起的流体压降，由热管境遇所裁夺，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，但并不虞味着能够无尽增大其热负荷，热管的 热效果受繁多要素限造。影响热管的传热的极限如 图 17 所示，当热管到达极限时，传热量将不再 赓续填充，传热极限取决于热管的形态、内部吸芯液的布局、任务介质和边际境遇。

　　扁平热管(Flat heat pipe，FHP)与浅显热管比拟，能够更弥漫的接触电池表貌，可以更迅疾、平均的转达热量。

　　扁平热管体系如图 18 所示，运用可再现电池模块发生的热量举行 FHP 的冷却体系的试验，讨论了 FHP 冷却体系的热本能，并与种种倾斜处所和多种冷却条款下的古代散热器举行了对比。试验结果证实，带有热管的浅显散热器通过天然对流热阻下降了 30%，正在风速较幼的处境下，热阻下降了 20%，从而使电池温度仍旧正在 50 ℃以下。遵照电动汽车中为电池组分派的空间，可将扁平热管举行笔直或水准安顿。

　　重力型热管又称为热虹吸管，布局如图 19 所示，从传热角度可由冷凝端、绝热端和蒸起头三部 分构成。液体工质正在蒸起头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变成液膜，液态工质正在重力的功用下沿管壁回到蒸起头，如许轮回。因为重力热管拥有对象性，蒸起头需树立正在冷凝端的下方， 诈欺液体工质自己重力回到蒸起头，于是重力型热感布局简易、创造轻易、本钱低廉且平稳性较好。

　　针对正在微重力下热管内冷却液难回到蒸起头的 题目，学者们采用了拥有吸液芯布局的烧结热管。 烧结热管可以正在毛细力的功用下将冷却液从冷凝端送到蒸起头，同时吸液芯布局正在轮回中的速率更速， 有利于热量的转达和扩散，普及了热管的传热效果。

　　近年来，烧结热管所遭遇的题目为其布局和质料难以满意高热流密度境遇下的散热，加倍正在传热进程中因为真空腔厚度的填充导致片面烧干的处境。于是合理的计划热管布局，选择符合的工质普及热管的传热率是从此的讨论热门。

　　正在举行基于扁平式烧结热管的方形电池散热试验，讨论了烧结热管对电池的散热性格和电池组的温度散布类似性。通过讨论涌现，正在电池温升和片面温差的职掌中，务必同时琢磨热管的有用散热才力和均热才力；电池片面温差随热管倾斜角的减幼而增大，当热管笔直装配时，电池片面温差受 途面坡度影响较幼，传热热阻可轻视不计；正在周期性散热的工况下，扁平式烧结热管仍能仍旧优越的散热才力和热量平均性。

　　环途热管由20 世纪苏联科学家MAYDANIK 初次提出，布局如图 20 所示。回途体系平凡由蒸发器、冷凝器和补充室构成。环途热管拥有反重力本能好、传热才力强和计划轻易等特征。

　　常见的环途热管有两种布局情势，阔别为圆柱 型安全板型。圆柱型的特征为蒸发受热平均，且毛细芯可以取得弥漫的潮湿。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，传热才力更为优越。

　　脉动热管又称振荡热管，布局如图 21 所示。 脉动热管可分为闭合型和怒放型，怒放型为单向活动，闭合型则两头变成回途，且中央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、布局简易、传热本能优越、适当性强、可对形态举行放肆弯曲等益处。

　　综上文件分解，总结基于热管的电池热统造体系的明显益处为正在不泯灭任何功率的处境低浸低最大温升，同时拥有更高的导热性、安笑无噪音、重量轻、 布局精巧、轻保卫和轮回运用寿命长等益处。污点为热管的容量幼、接触面积幼

　　，对大型电池组须要运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 状况随温度而转移，相变进程中温度转移范畴幼， 但汲取或开释的潜热大。相变质料拥有体积转移幼、潜热大、平稳性好等益处。

　　常见的 PCM 质料可分为有机质料、无机质料 和共晶质料，有机质料蕴涵白腊(PA)和白腊化合物，如硬脂酸和长链烷烃等；无机质料蕴涵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搀和，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、平稳性好、 耐侵蚀和低本钱的益处，被遍及运用与电池热统造体系中。因为易燃性和败露危害使得热统造体系中不会运用纯白腊动作相变质料。针对这一题目，学者们提出一种有用法子，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、翅片和泡沫金属搀和，变成拥有更高热导性的复合 PCM，布局如图 22 所示。

　　试验布局证实，纳米颗粒的插手对电池散热特 性影响很幼，而翅片的增添使得电池温度明显低浸， 高导热性和三维布局的金属泡沫正在下降电池温度方面相对最有用。

　　诈欺 PA、EG、聚磷酸铵(APP)、红磷(RP)和环 氧树脂(ER)构成的新型复合 PCM，可巩固热物理和阻燃本能。PCM 电池热统造模子如图 23 所示， 个中圆柱形电池安顿正在孔中且被 PCM 质料包裹。 试验结果证实，当 PCM 质料中 APP 和 RP 比例为 2.3:1 时，电池模块能浮现出更优异的阻燃性。

　　与有机质料比拟，无机质料因其易侵蚀、易脱 水和过冷性格导致正在电池热统造中运用很少。近年来，也有不少学者早先对其举行讨论。类型的无机质料有水合盐和金属相变质料。为处置无机质料易脱水题目，LING 等策画出一种新型多标准封装 的无机 PCM，益处为拥有高平稳性，布局如图 24 所示。琢磨到安然性和低本钱，运用了一种不易燃的三水乙酸钠-尿素无机相变质料。EG 的增添能普及 PCM 的导热性，有机硅胶的封装可普及复合 PCM 的永久平稳性。

　　共晶质料是有机和无机的搀和物，于是拥有更高的潜热和敏锐的熔点等性格。共晶质料的特征为不混合合物的层状布局，正在熔化和凝结进程中不会展示偏析征象，可禁止因素爆发转移。通过物理联合六水硝酸镁和硝酸锂造备的共晶搀和物中增添膨胀石墨，造备一种复合共晶质料。通过试验测得共晶搀和物的相变温度为 72.46 ℃，潜热为 170.32 kJ/kg，正在容器拔取上运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越的吸热才力，可为电池储能范围散热器的候选质料。

　　PCM 依赖于自己高潜热的才力，然而当温度越过自己的熔点后 PCM 冷却本能就会明显低浸。于是将 PCM 与常用冷却法子耦合起来组成搀和体系，确保永久运用。表 5 总结了近些年 PCM 与其他冷却体系耦合的计划。图 25a 正在铝造框架中增添白腊质料，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 的一侧毗邻电池，另一 侧毗邻到带有风冷体系的散热器。正在高温境遇和高放电倍率下，电池模块温度仍能仍旧正在 60 ℃以下， 拥有优越的热本能。

　　与风冷比拟，液冷可以浮现出更优越的热本能 和能源效果。图 26a 为集成 PCM 与液冷体系联合的热统造。当境遇温度为 40 ℃，放电倍率为 3C 下，液体冷却体系统造下的电池组的最高温度和电池间的梯度阔别为 47.6 ℃和 4.5 ℃。图 26b 正在 PCM 体系中联合了可控液冷计谋，可遵照 PCM 的温度和境遇温度来调剂冷却液的流速和入口温度，避免 了电池组正在差别境遇温度下展示的过热题目。

　　PCM 与热管耦合以下降电池组的温度，正在电池 组的热统造体系中通过填充PCM可减低约33.6%的温差，将热管嵌入到 PCM 中可进一步低浸 28.9%。图 27 为 PCM 与脉动热管耦合的热统造体系，脉动热管夹正在电池之间，将 PCM 填充至电池和热管的罅隙中，因为 PCM 耦合热管体系既有 PCM 的固液相变蓄热，又有脉动热督工质的液汽传热，于是正在种种工况下，PCM 耦合热管的体系拥有更好的散热本能。

　　INDUSTRIAL INTERNET储能电池动作电动汽车的主旨，散热题目是电 池热统造体系的闭头手艺之一。基于电池散热的讨论近况和讨论趋向，改日的热统造体系可从以下方面伸开。

　　(1) 风冷办法的散热布局简易，策画轻盈便捷， 但冷却效果较低，良多处境不适于电动汽车的电池散热。气畅通道和电池排布的优化是改日的讨论对象。

　　(2) 比拟于风冷，液冷拥有更高的散热效果， 能使电池组温度仍旧正在平常温度范畴内，且使单体电池表现出更好的温度平均性。因为须要特殊的冷却剂轮回器件，填充了电途的纷乱性、整车的重量与能耗，且有漏液的危害。通道形态和数目优化是核心讨论对象。纳米流体动作冷却剂的本能还需进 一步讨论。

　　(3) 热管动作一种导热器材，拥有更高的导热率，但因为蒸发器和冷凝器个其余接触面积幼和体积较大等起因，正在本质运用中难以集成。特殊能源泯灭的裁减和体系布局的简化是改日的发扬趋向。

　　(4) 群多半的 PCM 导热系数较低，直接影响到 电池的散热效果。于是寻找高导热率的 PCM 从来是讨论核心。假若正在一连的高倍率充放电轮回中仅运用 PCM 来职掌电池温度，不妨无法到达理思的成就。于是，须要特殊的冷却体系来举行辅帮，以协帮散热。PCM 与其他冷却体系的联合是电池热统造体系的发扬趋向之一。

　　目前 PCM 质料正缓缓向直冷迫近，相变质料 运用造冷剂 R134a。通过造冷剂的相变进程将热量带走。类型的例子有 BWM i3，散热成就比液冷超过 3-4 倍，且避免了乙二醇液体正在电池内部活动变成的氧化侵蚀。当然直冷办法只可举行散热，须要装配加热器来举行加热。

　　改日，对高功率、高能量密度和高充电效果电 池的需求将继续伸长，随之而来的是对更高效、更平稳、更经济、更紧凑的电池热统造体系的需求。 从低能耗和布局角度来看，PCM 的散热体系更拥有潜力，须要进一步讨论来普及贸易运用性。开始， 寻找高导热率的 PCM 来替代；其次，策画以 PCM 为主体，其他散热体系为辅帮的协同机造，以担保电池热统造体系的耐久性。

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