基于扁平热管的电池热管理系统耦合模型与热电性能分析

热管理博览会 2023年9月4日浏览：1146 收藏：1

来源 | Applied Thermal Engineering

背景介绍

如今，电动汽车已成为汽车行业的主流发展方向，对于解决能源短缺和环境恶化问题具有重要意义。动力电池是决定电动汽车整体性能的关键部件之一，近年来，锂离子电池以其功率密度高、自放电率低、制造成本不断降低等优点得以大力推广。然而，不合适的工作温度和不均匀的温度分布会导致动力电池性能下降和寿命缩短，这也为电动汽车的发展带来了挑战。因此，采用适当的电池热管理系统（BTMS）十分重要。

一般来说，BTMS的分类主要基于系统内采用的工作介质，包括风冷、液冷、热管、相变材料（PCM）等。风冷具有结构简单、维护成本低、轻量化设计和增强安全性等优点。然而，它的传热能力有限，特别是对于大型或高放电倍率的电池组，可能导致电池温度升高或电池单元之间的温差不均匀。液冷是电动汽车中最流行的 BTMS 方法，具有更高的传热系数，尽管如此，它也存在结构复杂、系统重量增加和泄漏风险等缺点。相变材料, 基于固-液相变原理，有效吸收电池产生的热量，并随后与其他冷却方法相结合将其消散，从而对实现电池温度均匀性产生显著影响，但PCM也会遇到与体积变化和低导热率相关的挑战。综合考量下，扁平热管（FHP）具有轻质结构和高导热率，在BTMS领域受到越来越多的关注。

成果掠影

近期，清华大学张扬军教授团队和重庆大学谢翌教授团队提出了一种基于 FHP 的 BTMS 配置，考虑FHP工质的蒸气流效应，建立了FHP与电池的耦合模型，可以实时计算电池电化学参数、电池生热率、FHP传热等。研究团队通过实验验证了耦合模型，随后，对不同放电条件下的电池热电性能进行仿真模拟，分析电池电化学参数与放电倍率之间的关系。结果表明，3C倍率放电下，电池最高温度可限制在50℃以下，最大温差可保持在2.26℃以下。最后，该团队研究了不同FHP结构参数（包括均热板厚度、FHP总厚度、FHP总长度）对电池热电特性的影响机制。结果表明，FHP蒸汽腔厚度或FHP总厚度的减小不仅会增加蒸汽热阻，同时也加剧了FHP传热能力的不均匀分布，使电池的热性能恶化。FHP总长度的变化会导致FHP总传热热阻的变化，影响电池的整体性能。相关研究成果以“A coupled model and thermo-electrical performance analysis for flat heat pipe-based battery thermal management system”为题发表于《Applied Thermal Engineering》。

图文导读

基于扁平热管的电池热管理系统耦合模型与热电性能分析的图3