基于锂电池冷空气通道的相变材料被动电池热管理系统的热性能增强

来源 | Journal of Energy Storage  

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背景介绍

如今，世界正在走向工业化，最近的工业革命导致更多的汽车生产以满足人类交通的需要。受益于内燃机的车辆消耗大量化石燃料有其优点和缺点，但可以观察到弊大于利。传统车辆的出现导致全球变暖、声音和空气污染、特大城市的酸雨以及化石燃料资源的枯竭。然而，尽管提到了这些事实，但对客运和过境方式的需求从未减少。在替代传统车辆内燃机的现有选择中，电力驱动的动力总成，包括电动机和机电电池似乎是最有前途的。

电池热管理系统分为有源 TMS、无源 TMS 和混合 TMS。被动热管理系统，如热管或受益于相变材料 (PCM) 的系统，可以在不消耗任何能量的情况下控制电池温度。然而，它们的冷却能力有限，这意味着它们的可靠性不能满足汽车传热工程师的要求。另一方面，利用主动式 TMS 可以达到更大的冷却能力，但要达到这一目的，需要消耗大量能量。此外，创建均匀的温度分布被认为是对这些 TMS 的大胆挑战。在混合动力电池热管理系统中，结合了主动和被动TMS的优点，并试图尽可能地由另一方的角色来弥补缺点，然而，当前对这种电池热管理系统的研究很少。

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成果掠影

近期，伊朗科技大学汽车工程学院G.R. Molaeimanesh团队研究出一种混合动力电池热管理系统（BTMS），基于相变材料的主动热管理系统（TMS）和被动TMS的组合(PCM) 将电池温度保持在合适的范围内，同时与被动 TMS 相比具有更好的冷却效果，并且使用比主动 TMS 更少的能量。在整个研究中，该团队对具有三种不同冷却管道结构和三种不同冷气流压力差的九个案例进行了模拟和研究。结果表明，即使在最坏的情况下，温度的升高也是安全的、可接受的，并且对于热管理考虑来说足够平稳。电池的最高温度从未超过 314 K，显示出所提出的混合 BTMS 的完美能力。此外，人们可以注意到入口空气越强大流或通过 PCM 体积的冷却管道越长，电池表面温度越低。此外，在所有模拟情况下，电池模块内电池的最大温差不超过 1.6 °C，证明了所提出的混合 BTMS 在电池组内创造均匀温度分布方面的出色能力。另一方面，可以得出结论，入口气流越强大或通过 PCM 体积的冷却管道长度越长，观察到的最大温度梯度就越大。研究成果以“Thermal performance enhancement of a passive battery thermal management system based on phase change material using cold air passageways for lithium batteries”为题发表于《Journal of Energy Storage》。

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图文导读

图1（a）考虑电池热行为的实验数据验证当前模拟；（b）验证案例的侧视图；（c）用实验数据验证数值方法；（d）网格独立研究和验证，并对模拟结果进行了比较。

图2（a）模拟案例的俯视图；（b）设计的双通道BTMS；（c）设计的三通道BTMS；（d）当前调研阶段的四通道BTMS。

图3 电池随初始压力的平均温度.

图4 针对特定模拟时间通道和进气压力的双通道混合BTMS的PCM液体馏分等高线图。

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