基于泡沫铜/石蜡的锂电池热管理系统性能
发布时间：2021-04-07 06:11
高效的热管理系统能极大提高电池使用寿命并保证电池安全运行。为提高能源利用效率,针对动力电池组散热问题设计了基于相变材料的被动式热管理系统。采用泡沫铜/石蜡构成复合相变材料以提高石蜡的导热性能,并对复合相变材料导热性能进了测试。通过改变孔隙率、加热功率及环境温度,对不同工况下基于复合相变材料的热管理系统性能进行了实验研究。实验结果表明,泡沫铜孔隙率分别为96%、95%以及93%的复合相变材料的热导率分别是纯石蜡的14.2倍、19.2倍和25.4倍。基于复合相变材料的热管理系统能显著降低热源温度,其冷却性能优于自然对流风冷热管理系统。当热源发热量及环境温度为定值,相同结构复合相变材料下,泡沫铜孔隙率越低,热管理系统性能越好。基于复合相变材料的热管理系统能显著减小由于加热功率和环境温度变化导致的温度波动,提高了热源温度稳定性。
【文章来源】：化工学报. 2017,68(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
复合相变材料热管理系统结构
至相变模块。两个相变模块（PCM1、PCM2）布置在电池组侧边，相变模块填充两种类型的相变材料，分别是：①采用由正二十烷以及孔隙率95%镀镍泡沫铜构成的复合相变材料；②使用纯石蜡。为减少石蜡灌注过程中出现的气体空腔，采用真空灌注的方式填装石蜡[23]。为尽可能提高热管理系统工作时间，相变模块尽可能充装较多相变材料，结合相变模块的安装限制，PCM1的结构尺寸定为42mm×32mm×110mm，PCM2的结构尺寸定为42mm×40mm×150mm。图1复合相变材料热管理系统结构Fig.1SchematicdiagramofTMSwithcompositePCM图2电加热器Fig.2Electricheater1.3热管理系统性能测试图3为复合相变热管理系统性能测量实验台结构。在整个实验过程中实验件都放置于恒温实验箱（QGT302P）内，用以对实验件进行实验前的预热和在实验中保持恒定环境温度，其温度调控精度为±0.5℃。实验过程中设定实验温度为28℃和35℃。采用DH1722A-2型直流稳压稳流电源给电加热器供电。单体电加热器的加热功率分别为3、4和5W。加热器以及相变模块布置PT100温度传感器，布置位置如图3所示，采用Agilent数据采集仪（34970A）采集温度数据。图3实验系统Fig.3Schematicdiagramofexperimentalsystem2实验结果与讨论2.1复合相变材料导热性能表1为泡沫铜/石蜡复合相变材料热性能测试结果。结果表明，泡沫铜作为填充材料与相变材料相结合后，不同孔隙率（ε）下的复合相变材料热导率分别是纯石蜡的14.2倍、19.2倍和25.4倍，热扩散率分别是纯石蜡的14.2倍、19倍和24.7倍，主要原因是热量沿金属纤维快速传递，并通过较大的比表面积将热量迅速扩散到整个相变装置内部，从而提高相变装置的传热速率，缓解热源的热量堆积。另外，高孔隙率的泡沫金属的引入不会对系
?啾淠?块填充两种类型的相变材料，分别是：①采用由正二十烷以及孔隙率95%镀镍泡沫铜构成的复合相变材料；②使用纯石蜡。为减少石蜡灌注过程中出现的气体空腔，采用真空灌注的方式填装石蜡[23]。为尽可能提高热管理系统工作时间，相变模块尽可能充装较多相变材料，结合相变模块的安装限制，PCM1的结构尺寸定为42mm×32mm×110mm，PCM2的结构尺寸定为42mm×40mm×150mm。图1复合相变材料热管理系统结构Fig.1SchematicdiagramofTMSwithcompositePCM图2电加热器Fig.2Electricheater1.3热管理系统性能测试图3为复合相变热管理系统性能测量实验台结构。在整个实验过程中实验件都放置于恒温实验箱（QGT302P）内，用以对实验件进行实验前的预热和在实验中保持恒定环境温度，其温度调控精度为±0.5℃。实验过程中设定实验温度为28℃和35℃。采用DH1722A-2型直流稳压稳流电源给电加热器供电。单体电加热器的加热功率分别为3、4和5W。加热器以及相变模块布置PT100温度传感器，布置位置如图3所示，采用Agilent数据采集仪（34970A）采集温度数据。图3实验系统Fig.3Schematicdiagramofexperimentalsystem2实验结果与讨论2.1复合相变材料导热性能表1为泡沫铜/石蜡复合相变材料热性能测试结果。结果表明，泡沫铜作为填充材料与相变材料相结合后，不同孔隙率（ε）下的复合相变材料热导率分别是纯石蜡的14.2倍、19.2倍和25.4倍，热扩散率分别是纯石蜡的14.2倍、19倍和24.7倍，主要原因是热量沿金属纤维快速传递，并通过较大的比表面积将热量迅速扩散到整个相变装置内部，从而提高相变装置的传热速率，缓解热源的热量堆积。另外，高孔隙率的泡沫金属的引入不会对系统质量及储能量产生较大影响。表1相变复合材料热性能结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]翅片式锂电池热管理系统散热性能的实验研究[J]. 高明,张宁,王世学,张静静,靳鹏超. 化工进展. 2016(04)
[2]复合相变材料用于电池包热管理散热性能分析[J]. 李钊,许思传,常国峰,林春景. 电源技术. 2015(02)
[3]一种使用相变材料的新型电动汽车电池热管理系统[J]. 靳鹏超,王世学. 化工进展. 2014(10)
[4]泡沫铜作为填充材料的相变储热实验[J]. 张涛,余建祖. 北京航空航天大学学报. 2007(09)
[5]锂离子动力电池的安全性研究进展[J]. 唐致远,管道安,张娜,邓艳波. 化工进展. 2005(10)
本文编号：3122958
【文章来源】：化工学报. 2017,68(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
复合相变材料热管理系统结构
至相变模块。两个相变模块（PCM1、PCM2）布置在电池组侧边，相变模块填充两种类型的相变材料，分别是：①采用由正二十烷以及孔隙率95%镀镍泡沫铜构成的复合相变材料；②使用纯石蜡。为减少石蜡灌注过程中出现的气体空腔，采用真空灌注的方式填装石蜡[23]。为尽可能提高热管理系统工作时间，相变模块尽可能充装较多相变材料，结合相变模块的安装限制，PCM1的结构尺寸定为42mm×32mm×110mm，PCM2的结构尺寸定为42mm×40mm×150mm。图1复合相变材料热管理系统结构Fig.1SchematicdiagramofTMSwithcompositePCM图2电加热器Fig.2Electricheater1.3热管理系统性能测试图3为复合相变热管理系统性能测量实验台结构。在整个实验过程中实验件都放置于恒温实验箱（QGT302P）内，用以对实验件进行实验前的预热和在实验中保持恒定环境温度，其温度调控精度为±0.5℃。实验过程中设定实验温度为28℃和35℃。采用DH1722A-2型直流稳压稳流电源给电加热器供电。单体电加热器的加热功率分别为3、4和5W。加热器以及相变模块布置PT100温度传感器，布置位置如图3所示，采用Agilent数据采集仪（34970A）采集温度数据。图3实验系统Fig.3Schematicdiagramofexperimentalsystem2实验结果与讨论2.1复合相变材料导热性能表1为泡沫铜/石蜡复合相变材料热性能测试结果。结果表明，泡沫铜作为填充材料与相变材料相结合后，不同孔隙率（ε）下的复合相变材料热导率分别是纯石蜡的14.2倍、19.2倍和25.4倍，热扩散率分别是纯石蜡的14.2倍、19倍和24.7倍，主要原因是热量沿金属纤维快速传递，并通过较大的比表面积将热量迅速扩散到整个相变装置内部，从而提高相变装置的传热速率，缓解热源的热量堆积。另外，高孔隙率的泡沫金属的引入不会对系
?啾淠?块填充两种类型的相变材料，分别是：①采用由正二十烷以及孔隙率95%镀镍泡沫铜构成的复合相变材料；②使用纯石蜡。为减少石蜡灌注过程中出现的气体空腔，采用真空灌注的方式填装石蜡[23]。为尽可能提高热管理系统工作时间，相变模块尽可能充装较多相变材料，结合相变模块的安装限制，PCM1的结构尺寸定为42mm×32mm×110mm，PCM2的结构尺寸定为42mm×40mm×150mm。图1复合相变材料热管理系统结构Fig.1SchematicdiagramofTMSwithcompositePCM图2电加热器Fig.2Electricheater1.3热管理系统性能测试图3为复合相变热管理系统性能测量实验台结构。在整个实验过程中实验件都放置于恒温实验箱（QGT302P）内，用以对实验件进行实验前的预热和在实验中保持恒定环境温度，其温度调控精度为±0.5℃。实验过程中设定实验温度为28℃和35℃。采用DH1722A-2型直流稳压稳流电源给电加热器供电。单体电加热器的加热功率分别为3、4和5W。加热器以及相变模块布置PT100温度传感器，布置位置如图3所示，采用Agilent数据采集仪（34970A）采集温度数据。图3实验系统Fig.3Schematicdiagramofexperimentalsystem2实验结果与讨论2.1复合相变材料导热性能表1为泡沫铜/石蜡复合相变材料热性能测试结果。结果表明，泡沫铜作为填充材料与相变材料相结合后，不同孔隙率（ε）下的复合相变材料热导率分别是纯石蜡的14.2倍、19.2倍和25.4倍，热扩散率分别是纯石蜡的14.2倍、19倍和24.7倍，主要原因是热量沿金属纤维快速传递，并通过较大的比表面积将热量迅速扩散到整个相变装置内部，从而提高相变装置的传热速率，缓解热源的热量堆积。另外，高孔隙率的泡沫金属的引入不会对系统质量及储能量产生较大影响。表1相变复合材料热性能结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]翅片式锂电池热管理系统散热性能的实验研究[J]. 高明,张宁,王世学,张静静,靳鹏超. 化工进展. 2016(04)
[2]复合相变材料用于电池包热管理散热性能分析[J]. 李钊,许思传,常国峰,林春景. 电源技术. 2015(02)
[3]一种使用相变材料的新型电动汽车电池热管理系统[J]. 靳鹏超,王世学. 化工进展. 2014(10)
[4]泡沫铜作为填充材料的相变储热实验[J]. 张涛,余建祖. 北京航空航天大学学报. 2007(09)
[5]锂离子动力电池的安全性研究进展[J]. 唐致远,管道安,张娜,邓艳波. 化工进展. 2005(10)
本文编号：3122958
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3122958.html
