基于泡沫銅/石蠟的鋰電池熱管理系統性能
發(fā)布時間：2021-04-07 06:11
高效的熱管理系統能極大提高電池使用壽命并保證電池安全運行。為提高能源利用效率,針對動力電池組散熱問題設計了基于相變材料的被動式熱管理系統。采用泡沫銅/石蠟構成復合相變材料以提高石蠟的導熱性能,并對復合相變材料導熱性能進了測試。通過改變孔隙率、加熱功率及環(huán)境溫度,對不同工況下基于復合相變材料的熱管理系統性能進行了實驗研究。實驗結果表明,泡沫銅孔隙率分別為96%、95%以及93%的復合相變材料的熱導率分別是純石蠟的14.2倍、19.2倍和25.4倍�；趶秃舷嘧儾牧系臒峁芾硐到y能顯著降低熱源溫度,其冷卻性能優(yōu)于自然對流風冷熱管理系統。當熱源發(fā)熱量及環(huán)境溫度為定值,相同結構復合相變材料下,泡沫銅孔隙率越低,熱管理系統性能越好�；趶秃舷嘧儾牧系臒峁芾硐到y能顯著減小由于加熱功率和環(huán)境溫度變化導致的溫度波動,提高了熱源溫度穩(wěn)定性。
【文章來源】：化工學報. 2017,68(07)北大核心EICSCD
【文章頁數】：6 頁
【部分圖文】：
復合相變材料熱管理系統結構
至相變模塊。兩個相變模塊（PCM1、PCM2）布置在電池組側邊，相變模塊填充兩種類型的相變材料，分別是：①采用由正二十烷以及孔隙率95%鍍鎳泡沫銅構成的復合相變材料；②使用純石蠟。為減少石蠟灌注過程中出現的氣體空腔，采用真空灌注的方式填裝石蠟[23]。為盡可能提高熱管理系統工作時間，相變模塊盡可能充裝較多相變材料，結合相變模塊的安裝限制，PCM1的結構尺寸定為42mm×32mm×110mm，PCM2的結構尺寸定為42mm×40mm×150mm。圖1復合相變材料熱管理系統結構Fig.1SchematicdiagramofTMSwithcompositePCM圖2電加熱器Fig.2Electricheater1.3熱管理系統性能測試圖3為復合相變熱管理系統性能測量實驗臺結構。在整個實驗過程中實驗件都放置于恒溫實驗箱（QGT302P）內，用以對實驗件進行實驗前的預熱和在實驗中保持恒定環(huán)境溫度，其溫度調控精度為±0.5℃。實驗過程中設定實驗溫度為28℃和35℃。采用DH1722A-2型直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源給電加熱器供電。單體電加熱器的加熱功率分別為3、4和5W。加熱器以及相變模塊布置PT100溫度傳感器，布置位置如圖3所示，采用Agilent數據采集儀（34970A）采集溫度數據。圖3實驗系統Fig.3Schematicdiagramofexperimentalsystem2實驗結果與討論2.1復合相變材料導熱性能表1為泡沫銅/石蠟復合相變材料熱性能測試結果。結果表明，泡沫銅作為填充材料與相變材料相結合后，不同孔隙率（ε）下的復合相變材料熱導率分別是純石蠟的14.2倍、19.2倍和25.4倍，熱擴散率分別是純石蠟的14.2倍、19倍和24.7倍，主要原因是熱量沿金屬纖維快速傳遞，并通過較大的比表面積將熱量迅速擴散到整個相變裝置內部，從而提高相變裝置的傳熱速率，緩解熱源的熱量堆積。另外，高孔隙率的泡沫金屬的引入不會對系
?啾淠?塊填充兩種類型的相變材料，分別是：①采用由正二十烷以及孔隙率95%鍍鎳泡沫銅構成的復合相變材料；②使用純石蠟。為減少石蠟灌注過程中出現的氣體空腔，采用真空灌注的方式填裝石蠟[23]。為盡可能提高熱管理系統工作時間，相變模塊盡可能充裝較多相變材料，結合相變模塊的安裝限制，PCM1的結構尺寸定為42mm×32mm×110mm，PCM2的結構尺寸定為42mm×40mm×150mm。圖1復合相變材料熱管理系統結構Fig.1SchematicdiagramofTMSwithcompositePCM圖2電加熱器Fig.2Electricheater1.3熱管理系統性能測試圖3為復合相變熱管理系統性能測量實驗臺結構。在整個實驗過程中實驗件都放置于恒溫實驗箱（QGT302P）內，用以對實驗件進行實驗前的預熱和在實驗中保持恒定環(huán)境溫度，其溫度調控精度為±0.5℃。實驗過程中設定實驗溫度為28℃和35℃。采用DH1722A-2型直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源給電加熱器供電。單體電加熱器的加熱功率分別為3、4和5W。加熱器以及相變模塊布置PT100溫度傳感器，布置位置如圖3所示，采用Agilent數據采集儀（34970A）采集溫度數據。圖3實驗系統Fig.3Schematicdiagramofexperimentalsystem2實驗結果與討論2.1復合相變材料導熱性能表1為泡沫銅/石蠟復合相變材料熱性能測試結果。結果表明，泡沫銅作為填充材料與相變材料相結合后，不同孔隙率（ε）下的復合相變材料熱導率分別是純石蠟的14.2倍、19.2倍和25.4倍，熱擴散率分別是純石蠟的14.2倍、19倍和24.7倍，主要原因是熱量沿金屬纖維快速傳遞，并通過較大的比表面積將熱量迅速擴散到整個相變裝置內部，從而提高相變裝置的傳熱速率，緩解熱源的熱量堆積。另外，高孔隙率的泡沫金屬的引入不會對系統質量及儲能量產生較大影響。表1相變復合材料熱性能結果
【參考文獻】：
期刊論文
[1]翅片式鋰電池熱管理系統散熱性能的實驗研究[J]. 高明,張寧,王世學,張靜靜,靳鵬超. 化工進展. 2016(04)
[2]復合相變材料用于電池包熱管理散熱性能分析[J]. 李釗,許思傳,常國峰,林春景. 電源技術. 2015(02)
[3]一種使用相變材料的新型電動汽車電池熱管理系統[J]. 靳鵬超,王世學. 化工進展. 2014(10)
[4]泡沫銅作為填充材料的相變儲熱實驗[J]. 張濤,余建祖. 北京航空航天大學學報. 2007(09)
[5]鋰離子動力電池的安全性研究進展[J]. 唐致遠,管道安,張娜,鄧艷波. 化工進展. 2005(10)
本文編號：3122958
【文章來源】：化工學報. 2017,68(07)北大核心EICSCD
【文章頁數】：6 頁
【部分圖文】：
復合相變材料熱管理系統結構
至相變模塊。兩個相變模塊（PCM1、PCM2）布置在電池組側邊，相變模塊填充兩種類型的相變材料，分別是：①采用由正二十烷以及孔隙率95%鍍鎳泡沫銅構成的復合相變材料；②使用純石蠟。為減少石蠟灌注過程中出現的氣體空腔，采用真空灌注的方式填裝石蠟[23]。為盡可能提高熱管理系統工作時間，相變模塊盡可能充裝較多相變材料，結合相變模塊的安裝限制，PCM1的結構尺寸定為42mm×32mm×110mm，PCM2的結構尺寸定為42mm×40mm×150mm。圖1復合相變材料熱管理系統結構Fig.1SchematicdiagramofTMSwithcompositePCM圖2電加熱器Fig.2Electricheater1.3熱管理系統性能測試圖3為復合相變熱管理系統性能測量實驗臺結構。在整個實驗過程中實驗件都放置于恒溫實驗箱（QGT302P）內，用以對實驗件進行實驗前的預熱和在實驗中保持恒定環(huán)境溫度，其溫度調控精度為±0.5℃。實驗過程中設定實驗溫度為28℃和35℃。采用DH1722A-2型直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源給電加熱器供電。單體電加熱器的加熱功率分別為3、4和5W。加熱器以及相變模塊布置PT100溫度傳感器，布置位置如圖3所示，采用Agilent數據采集儀（34970A）采集溫度數據。圖3實驗系統Fig.3Schematicdiagramofexperimentalsystem2實驗結果與討論2.1復合相變材料導熱性能表1為泡沫銅/石蠟復合相變材料熱性能測試結果。結果表明，泡沫銅作為填充材料與相變材料相結合后，不同孔隙率（ε）下的復合相變材料熱導率分別是純石蠟的14.2倍、19.2倍和25.4倍，熱擴散率分別是純石蠟的14.2倍、19倍和24.7倍，主要原因是熱量沿金屬纖維快速傳遞，并通過較大的比表面積將熱量迅速擴散到整個相變裝置內部，從而提高相變裝置的傳熱速率，緩解熱源的熱量堆積。另外，高孔隙率的泡沫金屬的引入不會對系
?啾淠?塊填充兩種類型的相變材料，分別是：①采用由正二十烷以及孔隙率95%鍍鎳泡沫銅構成的復合相變材料；②使用純石蠟。為減少石蠟灌注過程中出現的氣體空腔，采用真空灌注的方式填裝石蠟[23]。為盡可能提高熱管理系統工作時間，相變模塊盡可能充裝較多相變材料，結合相變模塊的安裝限制，PCM1的結構尺寸定為42mm×32mm×110mm，PCM2的結構尺寸定為42mm×40mm×150mm。圖1復合相變材料熱管理系統結構Fig.1SchematicdiagramofTMSwithcompositePCM圖2電加熱器Fig.2Electricheater1.3熱管理系統性能測試圖3為復合相變熱管理系統性能測量實驗臺結構。在整個實驗過程中實驗件都放置于恒溫實驗箱（QGT302P）內，用以對實驗件進行實驗前的預熱和在實驗中保持恒定環(huán)境溫度，其溫度調控精度為±0.5℃。實驗過程中設定實驗溫度為28℃和35℃。采用DH1722A-2型直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源給電加熱器供電。單體電加熱器的加熱功率分別為3、4和5W。加熱器以及相變模塊布置PT100溫度傳感器，布置位置如圖3所示，采用Agilent數據采集儀（34970A）采集溫度數據。圖3實驗系統Fig.3Schematicdiagramofexperimentalsystem2實驗結果與討論2.1復合相變材料導熱性能表1為泡沫銅/石蠟復合相變材料熱性能測試結果。結果表明，泡沫銅作為填充材料與相變材料相結合后，不同孔隙率（ε）下的復合相變材料熱導率分別是純石蠟的14.2倍、19.2倍和25.4倍，熱擴散率分別是純石蠟的14.2倍、19倍和24.7倍，主要原因是熱量沿金屬纖維快速傳遞，并通過較大的比表面積將熱量迅速擴散到整個相變裝置內部，從而提高相變裝置的傳熱速率，緩解熱源的熱量堆積。另外，高孔隙率的泡沫金屬的引入不會對系統質量及儲能量產生較大影響。表1相變復合材料熱性能結果
【參考文獻】：
期刊論文
[1]翅片式鋰電池熱管理系統散熱性能的實驗研究[J]. 高明,張寧,王世學,張靜靜,靳鵬超. 化工進展. 2016(04)
[2]復合相變材料用于電池包熱管理散熱性能分析[J]. 李釗,許思傳,常國峰,林春景. 電源技術. 2015(02)
[3]一種使用相變材料的新型電動汽車電池熱管理系統[J]. 靳鵬超,王世學. 化工進展. 2014(10)
[4]泡沫銅作為填充材料的相變儲熱實驗[J]. 張濤,余建祖. 北京航空航天大學學報. 2007(09)
[5]鋰離子動力電池的安全性研究進展[J]. 唐致遠,管道安,張娜,鄧艷波. 化工進展. 2005(10)
本文編號：3122958
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