相變與液冷相結(jié)合的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)溫控性能及優(yōu)化策略研究

熱管理博覽會(huì)

2023年7月5日 09:34

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來(lái)源 | Applied Thermal Engineering

背景介紹

近年來(lái)，能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，已成為制約社會(huì)發(fā)展、影響人類健康的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)汽車以燃油為動(dòng)力，其尾氣加劇了環(huán)境污染。節(jié)能減排是未來(lái)社會(huì)的趨勢(shì)。超過(guò) 120 個(gè)國(guó)家承諾到 2050 年或 2060 年實(shí)現(xiàn)碳中和。電動(dòng)汽車的發(fā)展對(duì)于交通促進(jìn)、能源轉(zhuǎn)型和防止全球變暖具有重要意義。可回收電池是電動(dòng)汽車的核心部件，其中鋰離子電池以其能量密度大、壽命長(zhǎng)、自放電率低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源。然而，鋰離子電池的性能受其電極組成元素和工作溫度影響較大，其熱安全性是影響電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題之一。鋰離子電池的最佳工作溫度范圍為20℃至50℃。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，鋰離子電池的容量和壽命會(huì)下降，容易引起電池?zé)崾Э厣踔疗鸹鸨ㄊ鹿剩绕涫歉哝嚾姵兀送猓畲鬁夭睿éる姵亟M的T max）應(yīng)控制在5℃以下。因此，為了保證鋰離子電池的安全，提高其工作效率和壽命，采用電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)（BTMS）是必要的。

成果掠影

相變與液冷相結(jié)合的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)溫控性能及優(yōu)化策略研究的圖2

近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)王青松教授團(tuán)隊(duì)結(jié)合實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模型，為十二個(gè)圓柱形鋰離子電池設(shè)計(jì)了一種結(jié)合相變材料和液體冷卻的新型熱管理系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在環(huán)境溫度35 ℃下，空白對(duì)照系統(tǒng)1 C充電和2 C放電時(shí)的最大溫度和溫差分別為57.6 ℃和4.1 ℃，而單液最大溫差為3.6 ℃冷卻。與它們相比，耦合系統(tǒng)的最高溫度僅為44.8℃，最大溫差小于2℃，具有優(yōu)越的循環(huán)性能。此外，提出了電熱模型來(lái)研究冷卻劑的冷卻效果，從中控制冷卻劑流量在250 mL/min內(nèi)是最佳選擇。基于這些結(jié)果，通過(guò)監(jiān)測(cè)電池組最高溫度和環(huán)境溫度，提出了冷卻液流量和入口溫度分級(jí)管理的優(yōu)化策略。這種策略不僅可以在不同的環(huán)境溫度下將系統(tǒng)的溫度控制在所需的范圍內(nèi)，還可以減少液冷不必要的能耗。所提出的系統(tǒng)可擴(kuò)展以應(yīng)用于其他類型的電池進(jìn)行熱管理。通過(guò)監(jiān)測(cè)電池組最高溫度和環(huán)境溫度，提出冷卻液流量和入口溫度分級(jí)管理的優(yōu)化策略。研究成果以“Investigation on the temperature control performance and optimization strategy of a battery thermal management system combining phase change and liquid cooling”為題發(fā)表于《Applied Thermal Engineering》。