文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123395
基于电池热管理的石蜡/石墨材料
散热性能
张国庆,张江云,张云云,刘臣臻,邱骏光
(广东工业大学材料与能源学院,广东广州 510006)
(Tel: **********, Email: pdzgq008@)
摘要:为了提高动力电池的散热性能,将石蜡/膨胀石墨复合PCM用于42110磷酸铁锂电池模块(48V/10Ah) ,通过脉冲测试和室温、低温和高温等工况下不同放电倍率的测试,并将不同工况下的测试结果进行对比。结果表明:PCM冷却能够将模块最高温度和最大温差分别控制在55℃和5℃以内,具有良好的控温和均温能力,满足电池的散热需求。
关键词:动力电池;散热性能;相变材料;PCM冷却
0 引言
资源短缺与环境保护的双重压力下,石油消耗最大的交通行业,节能潜力巨大。电动汽车因具有比传统汽车明显的节能减排优势,近年来发展迅速[1-3]。制约整车性能的动力电池也受到格外的关注。温度对电池整体性能有显著的影响,事实上,电池只有在合理的温度范围内运行才能保证性能和寿命的最佳平衡,锂离子电池是-20℃~60℃[4-6]。电池放电时产生大量的热量,内部产生的热量往往使位于电池模块内部的单体电池温度上升到100℃,而外围的电池接近环境温度,这样就形成了非常严重的不均衡温度分布,从而成单体电池间性能不匹配导致模块过早失效。所以一个有效的热管理系统对于电池散热是非常必须的[7-9]。而伴随着电池模块的容量和规格的不断提升,传统的风冷已经不能够满足电池的散热需求;液体冷却系统复杂,维修困难以及空间和成本的增加;PCM冷却技术具有无运动部件、结构紧凑效果高、不消耗电池能量等优势,于近年来得到较快的发展[10-12]。由于石蜡导热系数低,本文将高导热材料膨胀石墨/石蜡复合材料用于42110磷酸铁锂电池模块(48V/10Ah),通过脉冲和不同放电倍率以及工况的测试论证其控温和均温效果,并将测试结果进行对比。
*基金项目:美国国际铜专业协会招标项目(TEK 20110120)
图1相变材料冷却原理
当利用PCM进行电池热管理系统时,把电池组浸在PCM中,如图1所示。在电池进行放电时,系统把热量以相变热的形式储存在PCM中,从而吸收电池放出的热量使电池温度迅速降低,并通过外壳与环境进行导热和对流换热。电池通常布置为对称形状,电池中间的对称面则作为传热计算的绝热面。热管理系统中所需要的PCM质量根据公式(1)计算。
Qdis=MPCM* Cp(Tm-Ti)+ MPCM*H (1)
式中,Qdis 为电池放出的热量,MPCM 为所需PCM的质量,H为PCM的相变潜热,Cp为PCM的比热容,Tm为PCM的熔点温度,Ti为初始温度。
实验仪器:恒流源(YK-AD12015 型,120V/15A,1800W);直流电子负载(M9718,240V/150A,6000W), 温湿度巡检仪,恒温干燥箱,低温冰箱。石蜡/膨胀石墨复合材料的技术规格参数如表1所示。
表1 石蜡和膨胀石墨规格参数
膨胀石墨密度
石蜡密度
g/m3
石蜡吸收比
78%
石蜡熔点
37℃
石蜡潜热
222J/g
石蜡比热