來源|Thermal Science and Engineering Progress

原文 |https://doi.org/10.1016/j.tsep.2023.101857

01

背景介紹

近年來，由于對化石燃料消耗和尾氣碳排放的日益關注，電動汽車的發展速度顯著加快。鋰離子電池因其能量密度高、自放電率低、維護要求低、循環壽命長、重量輕、結構緊湊等特點，是目前電動汽車使用最廣泛的電源。然而，鋰離子電池的性能受工作溫度的影響很大。鋰離子電池理想的工作溫度范圍為25 ~ 40℃，不同電池之間的最高溫差小于5℃。在低溫或高溫環境下工作都會導致電池性能下降，壽命縮短，甚至熱失控。因此，一個優秀的電池熱管理系統(BTMS)對于保證鋰離子電池安全高效的運行狀態是非常必要的。

根據冷卻策略的不同，BTMS可分為被動冷卻系統、主動冷卻系統和被動與主動相結合的混合系統。在被動冷卻系統中，沒有任何額外的功耗，但它們也不能控制冷卻系統來改變冷卻速率。在鋰離子電池表面實施特殊的材料或散熱結構，以實現電池與外部環境之間的高傳熱能力。典型的例子包括自然空氣對流，相變材料(PCM)和熱管。

被動空氣冷卻的冷卻能力很低，不適合冷卻高能量密度的鋰離子電池。PCM在融凍過程中能夠儲存和釋放大量的能量，近年來受到越來越多的關注。將PCM裝入BTMS的主要優點是可以實現良好的電池溫度均勻性和靈活的幾何形狀。然而，PCM的低導熱性阻礙了電池的散熱速率，在高速率充放電條件下存在嚴重的隱患。因此開發出具有優異的散熱性能的新能源電車的電池熱管理系統是非常重要的。

02

成果掠影

近期，哈爾濱工業大學馮宇教授團隊針對液冷電池熱管理系統(BTMS)取得新進展。

由于常見的線性流道結構導致了嚴重的溫度分布不均勻。該團隊提出了一種具有多通道的新型錐形通道散熱器，以提高電池溫度均勻性，降低BTMS的功耗。團隊分析比較了8種不同設計的電池最高溫度和溫差、溫度不均分布參數和功耗性能，同時，分析了延遲冷卻策略對液冷系統溫度均勻性的影響。結果表明，采用錐形通道散熱器結構可以改善BTMS的冷卻性能，而增加通道數可以改善熱性能，但代價是增加功耗。三道通道的錐形流形結構具有最佳的冷卻性能，在電池溫度和溫差限制內，其功耗比基礎降低了86.3%。此外，延遲冷卻方案對BTM并不是一個很好的策略，因為它會在很短的時間內積累較大的溫差。這些結果對先進的液冷BTMS的設計具有重要意義。

研究成果以“A manifold channel liquid cooling system with low-cost and high temperature uniformity for lithium-ion battery pack thermal management”為題發表于《Thermal Science and Engineering Progress》。

03

圖文導讀

圖1.帶流形通道散熱器的BTMS的原理圖。

表1.電池、冷卻劑和材料的熱物理特性。

圖2.仿真電池組的幾何模型，(a)矩形流形結構，(b)錐形流形結構。

圖3.具有四個通道的錐型通道示意圖。

圖4. 基本模組示意圖。

圖5.仿真結果與實驗數據比較：(a)電池平均溫度，(b)流形微通道散熱器的熱性能。

圖6.(a)電池體積平均溫度，(b)通道流速的分布。

圖7.(a)電池最高溫度，(b)電池最高溫差，(c)電池溫度不均分布。

圖8.不同通道的熱力學性能。

圖9.矩形和錐形結構的電池體積平均溫度和速度的比較。

圖10.電池的性能對比。

END

★平臺聲明

部分素材源自網絡，版權歸原作者所有。分享目的僅為行業信息傳遞與交流，不代表本公眾號立場和證實其真實性與否。如有不適，請聯系我們及時處理。歡迎參與投稿分享！

審核編輯黃宇