使用相变材料与金属泡沫的锂离子电池热管理数值研究

本文对使用了三种不同的材料（纯十八烷，纯镓和十八烷-Al泡沫复合材料）制成的锂离子电池热管理系统进行了仿真研究，其中Al泡沫孔隙率有三种0.97、0.925和0.88。数值仿真研究是基于SIMPLE（Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations）算法的。仿真模型模拟了电池热通量为 400W/m2、600W/m2、800W/m2的三种不同情况。本文不仅研究了在电池热管理系统相变材料的厚度不同时，电池表面温度的变化，还研究了在选用不同的相变材料时，电池表面温度的变化情况。研究结果表明，当相变材料的厚度增加时（从7.5μm增加到15μm），电池表面温度达到60℃所需要的时间就越长（代表热管理效果越好）。当相变材料为纯十八烷时，当相变材料的厚度从7.5mm增加到15mm时，电池放电时间增加了87%，与使用纯镓作为相变材料相比，电池表面温度将会分布更加均匀，电池放电时间是使用纯稼作用相变材料时的放电时间的4.7倍。与纯十八烷相比，在十八烷中加入0.88孔隙度的Al泡沫作为相变材料时，放电时间将会增加7.3倍。将Al泡沫添加到十八烷中显着增加了电池表面温度的均匀性，例如将使用纯十八烷时电池表面最大温差的25℃，当Al泡沫添加到十八烷中电池表面最大温差下降到2℃。