基于多种相变材料的太阳能锂离子电池热管理系统

基于多种相变材料的太阳能锂离子电池热管理系统

现阶段，纯电动汽车和混合动力汽车成为研究热点，随着对其性能需求的提高，其热管理系统的性能要求也越来越高。研究了一种高效且简单的基于相变材料太阳能锂离子电池的热管理系统。使用相变材料具有结构简单、保持电池温度均匀性、降低维修成本、降低系统能耗的优点。

建立了太阳能锂离子电池的物理模型（图1），典型的太阳能电池由6块锂电池并联组成。通过使用由3种材料混合的相变材料，并将其置于锂离子电池周围，可以有效降低冷却锂电池过程的消耗。内置相变材料的锂离子电池结构如图2所示。

太阳能锂离子电池的数学模型的建立是基于如下假设：相变材料融化后为牛顿流体，热对流发生在层流中，其密度随温度线性变化。于是，在液相对流的经典流体力学和热传递方程的基础上建立了一个通用的三维非稳态数学模型。

研究结果表明，通过相变材料来冷却太阳能锂离子电池时，对流的影响不大，热传导才是主导因素；通常在7min左右时相变材料开始由固态转向液态，14min后材料变为全液态。通过比较电池周围相变材料的不同配置发现，使用混合相变材料和使用单个相变材料与不使用相变材料相比，可分别使电池的最高温度降低20.9℃和23.2℃。这是因为十水合碳酸钠相变材料具有非常大的潜热和很低的熔点。将热导率较高的相变材料置于电池最内侧，而导热系数较低的相变材料置于最外侧的布置方式是性能最优的，这种方式使电池的冷却过程层层实现，显著提高冷却效果。

当将基于相变材料的锂离子电池热管理系统应用于电动汽车中时，其空间布置、质量以及气动装置设计都是要重点考虑的内容。

刊名：Applied Thermal Engineering（英）

刊期：2016年第7期

作者：Nelson O.Moraga et al.

编译：罗钧夫