液冷與風(fēng)冷相結(jié)合的新型鋰離子電池模組熱管理系統(tǒng)

熱管理博覽會(huì)

2023年7月6日 09:05

來(lái)源 | Applied Thermal Engineering

背景介紹

交通運(yùn)輸業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)被視為全球溫室氣體排放的主要來(lái)源和可持續(xù)能源未來(lái)發(fā)展的障礙。電動(dòng)汽車具有能源利用效率高、污染物排放少等優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的有效替代品。鋰離子電池作為一種能量存儲(chǔ)單元，被廣泛用作電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，以實(shí)現(xiàn)快速加速和長(zhǎng)里程的目標(biāo)。

鋰離子電池的性能、壽命和安全性與其工作溫度密切相關(guān)。鋰離子電池的合適工作溫度范圍在20℃至40℃之間，電池組的最大溫差應(yīng)在5℃以內(nèi)。在低溫下，由于電化學(xué)反應(yīng)速率降低和副反應(yīng)（例如鍍鋰），鋰離子電池的性能顯著惡化。在正常工作條件下，由于電化學(xué)反應(yīng)和歐姆電阻，電池內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量熱量,如果熱量不及時(shí)散去，電池溫度會(huì)持續(xù)升高，引發(fā)電池組件的分解反應(yīng)，甚至導(dǎo)致熱失控，從而引起電池起火或爆炸。因此，電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)（BTMS）對(duì)于電池組保持電池溫度在所需范圍內(nèi)至關(guān)重要。

成果掠影

液冷與風(fēng)冷相結(jié)合的新型鋰離子電池模組熱管理系統(tǒng)的圖2

近期，江蘇大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院陳明毅教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新型混合電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，將直接液體冷卻與強(qiáng)制空氣冷卻相結(jié)合。電池外部設(shè)計(jì)有夾套，電池殼與夾套之間填充液態(tài)冷卻劑，形成直接冷卻效果。通過(guò)數(shù)值模擬分析電池與液冷套之間的間隙間距、冷卻管路數(shù)量、液體流速和風(fēng)扇位置對(duì)冷卻效果的影響，以優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明，當(dāng)前熱管理系統(tǒng)的最佳配置是電池與液冷夾套之間的間距為5mm、雙管道液冷結(jié)構(gòu)以及液體冷卻劑和空氣平行流動(dòng)，液體最佳流速為0.002 kg/s，空氣流速應(yīng)小于0.4 m/s，以節(jié)省所需能量。該電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)在電池4C放電倍率下獲得了良好的散熱效果。BTMS的新穎之處在于其冷卻效率高，可用于在高速率工況下冷卻電池組。直接液冷方式具有滅火功能，有利于電動(dòng)車火災(zāi)的預(yù)防。研究成果以“A novel thermal management system for lithium-ion battery modules combining direct liquid-cooling with forced air-cooling”為題發(fā)表于《Applied Thermal Engineering》。