液冷与风冷相结合的新型锂离子电池模组热管理系统

热管理博览会 2023年7月6日浏览：1692

来源 | Applied Thermal Engineering

背景介绍

交通运输业长期以来被视为全球温室气体排放的主要来源和可持续能源未来发展的障碍。电动汽车具有能源利用效率高、污染物排放少等优点，是传统内燃机汽车的有效替代品。锂离子电池作为一种能量存储单元，被广泛用作电动汽车的动力源，以实现快速加速和长里程的目标。

锂离子电池的性能、寿命和安全性与其工作温度密切相关。锂离子电池的合适工作温度范围在20℃至40℃之间，电池组的最大温差应在5℃以内。在低温下，由于电化学反应速率降低和副反应（例如镀锂），锂离子电池的性能显著恶化。在正常工作条件下，由于电化学反应和欧姆电阻，电池内部会产生大量热量,如果热量不及时散去，电池温度会持续升高，引发电池组件的分解反应，甚至导致热失控，从而引起电池起火或爆炸。因此，电池热管理系统（BTMS）对于电池组保持电池温度在所需范围内至关重要。

成果掠影

近期，江苏大学环境与安全工程学院陈明毅教授团队开发了一种新型混合电池热管理系统，将直接液体冷却与强制空气冷却相结合。电池外部设计有夹套，电池壳与夹套之间填充液态冷却剂，形成直接冷却效果。通过数值模拟分析电池与液冷套之间的间隙间距、冷却管路数量、液体流速和风扇位置对冷却效果的影响，以优化设计。研究结果表明，当前热管理系统的最佳配置是电池与液冷夹套之间的间距为5mm、双管道液冷结构以及液体冷却剂和空气平行流动，液体最佳流速为0.002 kg/s，空气流速应小于0.4 m/s，以节省所需能量。该电池热管理系统在电池4C放电倍率下获得了良好的散热效果。BTMS的新颖之处在于其冷却效率高，可用于在高速率工况下冷却电池组。直接液冷方式具有灭火功能，有利于电动车火灾的预防。研究成果以“A novel thermal management system for lithium-ion battery modules combining direct liquid-cooling with forced air-cooling”为题发表于《Applied Thermal Engineering》。