基于Z型微熱管陣列的頂部液冷熱管理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究

熱管理博覽會(huì)

2023年7月19日 09:28

瀏覽：4000 評(píng)論：1

來源 | Energy

背景介紹

隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的進(jìn)步，全球變暖、環(huán)境污染、能源短缺等問題日益嚴(yán)重。世界各國都在大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)來解決上述問題。因此，汽車制造商逐漸將研發(fā)重點(diǎn)從燃油汽車轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車（EV）。近年來，鋰離子電池發(fā)展迅速，被廣泛用作電動(dòng)汽車的電源。與其他類型電池相比，鋰離子電池具有無污染、能量密度高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，但其性能受溫度影響嚴(yán)重。溫度每升高1℃，鋰離子電池的循環(huán)壽命就會(huì)縮短2個(gè)月。大量研究表明，LIB的最佳工作溫度為25-40℃。此外，鋰離子電池的性能還受到溫度均勻性的影響，單個(gè)電池的最大溫差不能超過5℃。而且，當(dāng)多個(gè)鋰離子電池串聯(lián)或并聯(lián)組成電池模塊時(shí)，模塊的最大溫差不應(yīng)超過5℃。因此，有效的TMS對(duì)于電動(dòng)汽車來說至關(guān)重要，確保電池的溫度和溫差在合理的范圍內(nèi)，以保證鋰離子電池的性能。

目前，風(fēng)冷式TMS和液冷式TMS在電動(dòng)汽車中得到廣泛應(yīng)用。風(fēng)冷式TMS根據(jù)是否有風(fēng)扇分為強(qiáng)制風(fēng)冷式TMS和自然對(duì)流風(fēng)冷式TMS，風(fēng)冷式TMS因其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、重量輕而得到廣泛應(yīng)用。然而，近年來隨著鋰離子電池核心技術(shù)的突破，鋰離子電池的容量和所需的充放電倍率不斷提高。因此，鋰離子電池的發(fā)熱率和熱失控風(fēng)險(xiǎn)也在增加。因此，由于空氣的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)較低，風(fēng)冷TMS已無法滿足當(dāng)前的熱管理要求。液冷TMS因其強(qiáng)大的冷卻能力，近年來發(fā)展迅速。但傳統(tǒng)的底部液冷熱管理系統(tǒng)（TMS）散熱性能較差，容易導(dǎo)致鋰離子電池（LIB）模塊出現(xiàn)明顯溫差。

基于Z型微熱管陣列的頂部液冷熱管理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究的圖2

成果掠影

基于Z型微熱管陣列的頂部液冷熱管理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究的圖3

近期，北京工業(yè)大學(xué)趙耀華老師團(tuán)隊(duì)以Z型微熱管陣列（MHPA）為核心傳熱元件，建立了基于Z型MHPA的頂部液冷（TLC）TMS。通過與傳統(tǒng)底部液冷TMS的比較，分析了基于Z形MHPA的TLC TMS的熱管理性能。結(jié)果表明，在環(huán)境溫度40℃、冷水入口溫度25℃的條件下，底部液冷TMS已無法滿足模塊2C充放電倍率下的熱管理要求。相比之下，基于Z型MHPA的TLC TMS可保證模組最高溫度低于55℃，3C充放電倍率下電池與模組液面溫差可控制在4℃以下。基于Z型MHPA的TLC TMS不僅能有效延緩高充放電倍率下電池的溫升，還能顯著降低溫差；其熱管理性能明顯優(yōu)于底部液冷TMS。研究成果以“Experimental study on top liquid-cooling thermal management system based on Z-shaped micro heat pipe array”為題發(fā)表于《Energy》。