張江云，張國(guó)慶，陳炫莊，甄志誠(chéng)

（廣東工業(yè)大學(xué) 材料與能源學(xué)院，廣東 廣州 510006）

隨著日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染及資源短缺，新能源汽車(chē)因具有能源效率高和近乎零排放等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái) 呈現(xiàn)火爆式快速發(fā)展[1-3]。而動(dòng)力電池作為新能源汽車(chē)的核心部件，其安全性能、動(dòng)力性能、電化學(xué)性能及循環(huán)壽命都將直接影響整車(chē)的安全性能和續(xù)航里程，在所有的影響因素里面，安全性處于重中之重[4-6]。三元?jiǎng)恿﹄姵啬＝M由于具有高能量密度而成為目前國(guó)內(nèi)外知名動(dòng)力電池企業(yè)在研的主流技術(shù)路線(xiàn)[7]，但是三元正極體系的熱敏感性、熱穩(wěn)定的脆弱性將會(huì)導(dǎo)致其安全系數(shù)直線(xiàn)下降。尤其是在高倍率或長(zhǎng)時(shí)間充放電過(guò)程中動(dòng)力電池產(chǎn)生的高熱引起整個(gè)電池內(nèi)部高溫[8-9]，熱量的迅速集聚進(jìn)而形成“高熱?高溫?高熱”的惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致電池模組發(fā)生熱失控，甚至引起燃燒爆炸等嚴(yán)重災(zāi)害事故[10]。因此一個(gè)與動(dòng)力電池模組相匹配的高效熱管理系統(tǒng)非常必要[11]。

目前主流電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)主要分為空氣冷卻、液體和相變材料(phase change materials，PCM)冷卻[12-13]。前者由于系統(tǒng)簡(jiǎn)單、便于維修和維護(hù)、成本低等優(yōu)勢(shì)被廣泛采用，國(guó)內(nèi)更加傾向于空氣冷卻。但是較低的冷卻效率無(wú)法與日益增長(zhǎng)的大規(guī)模動(dòng)力電池系統(tǒng)相匹配，同時(shí)溫度一致性較差[14-15]，國(guó)外更加偏向于液體冷卻，尤其以特斯拉為首。液體冷卻技術(shù)雖然冷卻效果好[16-17]，但是存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、剛性連接部件多、易泄露風(fēng)險(xiǎn)高、成本高、較難維護(hù)的不足。相變材料冷卻作為一種新型散熱方式，通過(guò)與電池組導(dǎo)熱絕緣接觸利用自身較高的相變潛熱和導(dǎo)熱性能吸收電池組放電產(chǎn)生的高熱，降低電池組處于高溫環(huán)境的時(shí)間，延緩熱失控，最大的優(yōu)勢(shì)在于控溫的同時(shí)可以保持良好的溫度一致性[18-19]。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中相變材料散熱技術(shù)由于具有不需要額外消耗系統(tǒng)能量、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易維護(hù)、減少運(yùn)動(dòng)部件及剛性連接件、散熱效果優(yōu)越等優(yōu)勢(shì)，已成為業(yè)界研究的熱點(diǎn)。Mehdi等[20]將復(fù)合相變材料應(yīng)用于電池散熱，結(jié)果表明大電流放電條件下，電池的最高溫度維持在安全溫度范圍內(nèi)；Tauseef等[21]重點(diǎn)研究石蠟/泡沫銅復(fù)合相變材料的散熱效果，并對(duì)增強(qiáng)純石蠟導(dǎo)熱性能的添加劑進(jìn)行了匯總和對(duì)比分析；Huang等[22]將相變材料用于電池模組熱管理研究，測(cè)試結(jié)果表明，10 C放電倍率下電池組最高溫度可以下降18 ℃。近些年隨著電動(dòng)汽車(chē)對(duì)于動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能要求的不斷提升，尤其是安全性能，實(shí)際在進(jìn)行熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，采用復(fù)合熱管理系統(tǒng)，比如相變材料?空氣散熱、相變材料?液體散熱等，提升整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行安全[23-25]。

本文以自然對(duì)流電池模組為對(duì)照組，在此基礎(chǔ)上利用石蠟/石墨/AlN/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合相變材料作為傳熱介質(zhì)開(kāi)發(fā)相變材料熱管理電池組，系統(tǒng)研究相變材料對(duì)于電池模組的散熱性能影響機(jī)理。本文提出了一種相變材料/導(dǎo)熱翅片復(fù)合熱管理系統(tǒng)，即在相變材料模組的基礎(chǔ)上，在電池組正負(fù)極處安裝強(qiáng)化散熱用低肋翅片，進(jìn)一步對(duì)整個(gè)模組的正負(fù)極部位進(jìn)行均溫和散熱，提升整個(gè)系統(tǒng)的熱安全性。并通過(guò)室溫(25 ℃)和高溫(45 ℃)工況條件下對(duì)3種不同熱管理方式的電池組分別進(jìn)行0.5，1.0，1.5 C恒定放電倍率實(shí)驗(yàn)和充放電循環(huán)不間斷測(cè)試，驗(yàn)證和評(píng)估3種熱管理系統(tǒng)在階段性和連續(xù)電化學(xué)反應(yīng)時(shí)的控溫和均溫效果。此論文研究?jī)?nèi)容將極大提升三元化學(xué)體系動(dòng)力鋰電池的熱安全性能，并為后續(xù)熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供高度理論及數(shù)據(jù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用同一批電芯購(gòu)置于深圳葆盛力科技有限公司，具體技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 電芯的技術(shù)指標(biāo)Table 1 Technical indicators of the cell

1.2 電池模組的組裝過(guò)程

電池模組由30個(gè)進(jìn)口18650型三元電芯并聯(lián)組成，自然對(duì)流電池組的組裝過(guò)程如下：(1) 對(duì)同一批電芯進(jìn)行分容和一致性測(cè)試，選取30個(gè)一致性良好的電芯用于組裝電池模組；(2) 在選取電芯的幾何位置表面布置一條熱電偶(OMEGA T型熱電偶，誤差±0.1 ℃)，用于采集電芯充放電過(guò)程中的溫度；(3) 將布有熱電偶的電芯分別裝在事先加工好的蜂窩狀的導(dǎo)熱絕緣外殼(阻燃等級(jí)：V-0；導(dǎo)熱系數(shù): 1.29 W/(m·K)；體積電阻率：0.696 9×1011Ω·m)，模塊的孔徑為18.5 mm，高度為65 mm；(4) 利用點(diǎn)焊機(jī)對(duì)電芯進(jìn)行并聯(lián)連接，為了防止正負(fù)極處電流過(guò)大，特焊接銅散熱片進(jìn)行分流。在上述模組的基礎(chǔ)上，對(duì)導(dǎo)熱絕緣外殼除了入口處的外表面進(jìn)行密封，將已經(jīng)制備好的熔融狀態(tài)下的含20% AlN的石蠟/石墨/AlN/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合相變材料(熔點(diǎn)：47 ℃；相變潛熱：116.61 J/g；導(dǎo)熱系數(shù)：1.34 W/(m·K))通過(guò)導(dǎo)熱絕緣外殼上的入口灌注進(jìn)電池模組，需要注意的是在5 min最短時(shí)間內(nèi)灌注完，并進(jìn)行不同角度的輕微搖晃，確保液體PCM均勻流向模組的任何空隙，最后對(duì)入口進(jìn)行密封。在相變材料模組的基礎(chǔ)上，安裝導(dǎo)熱翅片，具體的安裝過(guò)程如圖1所示。基于對(duì)稱(chēng)原則，選取模組的1/4為溫度測(cè)試區(qū)域，電池模組中熱電偶的分布如圖2所示。電池模組和所用鋁散熱翅片的技術(shù)規(guī)格參數(shù)分別如表2和表3所示。

圖1 相變材料/散熱翅片電池組的組裝過(guò)程Fig.1 Assembly process of battery module adopting PCM coupling with low fins cooling system

圖2 熱電偶排布Fig.2 Arrangement of the thermocouples

1.3 測(cè)試原理

實(shí)驗(yàn)測(cè)試所用的設(shè)備包括一臺(tái)BTH-80 C恒溫箱，用于提供實(shí)驗(yàn)所涉及的室溫和高溫環(huán)境；一臺(tái)50V120A-NTF充放電測(cè)試儀，用于對(duì)電池組進(jìn)行正常的充放電和循環(huán)實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行電壓、電流、充放電容量等基礎(chǔ)電化學(xué)性能檢測(cè)；一臺(tái)34970A型溫度巡檢儀，用于實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控電池模組充放電過(guò)程中的溫度數(shù)據(jù)，采集間隙為1 s；一臺(tái)裝有測(cè)試軟件的電腦，實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)如圖3所示。

表2 三元電池模組的技術(shù)規(guī)格參數(shù)Table 2 Technical parameters of the ternary power battery modules

表3 鋁散熱翅片的技術(shù)性能Table 3 Technical performance of Al heat-dissipation low fins

圖3 測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Fig.3 Testing scheme of experiment platform

1.4 恒流充放電實(shí)驗(yàn)

將電池放置在對(duì)應(yīng)溫度定值運(yùn)行的恒溫箱中，待電池組各測(cè)溫點(diǎn)溫度差異在某一穩(wěn)定的小范圍內(nèi)且均接近定值的溫度時(shí)，在室溫(25 ℃)和高溫(45 ℃)兩種工況下分別對(duì)電池組進(jìn)行恒流恒壓充電。具體充電過(guò)程為：先使用1 C恒流充電，待電壓達(dá)到充電截止電壓4.25 V時(shí)，結(jié)束恒流充電過(guò)程。然后開(kāi)始恒壓(4.25 V)充電過(guò)程，待截止電流達(dá)到7.2 A時(shí)，整個(gè)電池組充電完成。擱置30 min，待各測(cè)溫點(diǎn)溫度一致且均接近定制運(yùn)行的溫度時(shí)，分別對(duì)電池組進(jìn)行不同倍率(0.5，1.0，1.5 C)的恒流放電測(cè)試，待放電截止電壓為2.75 V時(shí)，放電結(jié)束。放電結(jié)束后，擱置至少20 min，使電池組完全冷卻。

1.5 充放電循環(huán)實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證電池組持續(xù)充放電過(guò)程中的產(chǎn)熱效應(yīng)，電池組在室溫和高溫環(huán)境條件下，分別對(duì)3個(gè)具有不同散熱方式的電池組進(jìn)行充放電循環(huán)實(shí)驗(yàn)。一個(gè)充放電循環(huán)的具體操作流程為：(1) 擱置10 min；(2) 在特定的環(huán)境條件下對(duì)電池組進(jìn)行1 C充電，整個(gè)充電過(guò)程包括恒流和恒壓充電階段。前者充電截止電壓為4.25 V，后者充電截止電流為7.2 A；(3) 擱置30 min；(4) 對(duì)電池組分別進(jìn)行1.0 C和1.5 C恒定倍率放電，放電截止電壓為2.75 V；(5) 擱置20 min，一次充放電循環(huán)結(jié)束；(6) 充放電循環(huán)次數(shù)為3次。

2 結(jié)果與討論

2.1 室溫工況下不同放電倍率冷卻效果對(duì)比

圖4表明在室溫環(huán)境條件下，0.5 C放電倍率下，PCM/翅片的最高溫度達(dá)到最低值，為28.79 ℃，與自然對(duì)流和PCM冷卻測(cè)試結(jié)果相比，分別降低13.0%和11.4%；隨著放電電流的持續(xù)升高，PCM/翅片復(fù)合熱管理方式依然將電池組的最高溫度控制到最低值。當(dāng)放電倍率為1.0 C時(shí)，PCM/翅片的最高溫度分別減少7.08 ℃和2.07 ℃；當(dāng)放電電流繼續(xù)升高至將近100 A(1.5 C)時(shí)，PCM/翅片的最高溫度分別下降9.51 ℃和2.54 ℃，主要原因在于PCM快速吸收了電池組產(chǎn)生的高溫高熱，而且電池模組強(qiáng)化散熱翅片進(jìn)一步將正負(fù)極處熱量快速散熱至周?chē)h(huán)境中，使得電池組的最高溫度快速降低，進(jìn)而降低了電池模組的升溫速率和產(chǎn)熱效率，最終提升了電池組的運(yùn)行安全。

對(duì)于電池組而言，均衡溫度比控制溫度更加重要。圖5表明當(dāng)放電電流為0.5 C時(shí)，PCM/翅片電池模組的最大溫差與其他兩個(gè)電池模組相比，分別下降2.34 ℃和1.1 ℃；伴隨著電流的增加，1.5 C恒定倍率放電實(shí)驗(yàn)時(shí)，PCM/翅片電池模組的最大溫差與其他兩個(gè)電池模組相比分別降低2.14 ℃和1.65 ℃。主要原因在于相變材料與每個(gè)電芯的側(cè)面均勻接觸使得電池模組的溫度一致性得到提升，但是有了散熱翅片的輔助，對(duì)于模組正負(fù)極處進(jìn)行強(qiáng)化散熱，整個(gè)電池組的溫度分布更加均勻。

圖4 多種散熱方式下不同放電倍率最高溫度對(duì)比(25 ℃)Fig.4 Comparison of the maximum temperature of power battery modules with different cooling systems at various discharge rates(25 ℃)

圖5 多種散熱方式下不同放電倍率溫度一致性對(duì)比(25 ℃)Fig.5 Comparison of the temperature consistency of power battery modules with different cooling systems at various discharge rates(25 ℃)

2.2 室溫工況下充放電循環(huán)散熱效果對(duì)比

圖6表明在室溫工況下，隨著電化學(xué)反應(yīng)的不斷進(jìn)行，采用自然對(duì)流散熱技術(shù)的電池組溫升速率最高，采用相變材料散熱技術(shù)的次之，相變材料已經(jīng)使得電池組在充放電循環(huán)過(guò)程中的最高溫度有所降低，但是相變材料耦合散熱翅片復(fù)合熱管理技術(shù)在相變材料測(cè)試結(jié)果基礎(chǔ)上，電池組的溫升速率大幅度降低，進(jìn)行到第3次循環(huán)時(shí)，最高溫度降低3.6%，達(dá)到35.79 ℃。結(jié)果表明，在電池組持續(xù)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)，在循環(huán)的中后期，相變材料和散熱翅片共同作用使得電池模組的產(chǎn)熱速率下降，有利于使得電池組擺脫周?chē)掷m(xù)的高溫環(huán)境，進(jìn)一步提升其安全性能、電化學(xué)性能和服役壽命。

圖6 1.0 C充放電循環(huán)溫升速率對(duì)比(25 ℃)Fig.6 Contrast of temperature rising rate under 1.0 C chargedischarge cycle condition(25 ℃)

圖7關(guān)注的是充放電循環(huán)時(shí)的溫度一致性分布，室溫條件下當(dāng)放電電流較小時(shí)，電池組的產(chǎn)熱量及溫升速率相對(duì)比較慢，此時(shí)僅僅自然冷卻電池組就可以將電池組的最高溫差控制在4 ℃以?xún)?nèi)，而相變材料的加入進(jìn)一步優(yōu)化了溫度一致性，最大溫差進(jìn)一步降低至3.6 ℃以?xún)?nèi)，散熱翅片的安裝使得電池組正負(fù)極處與散熱片進(jìn)行熱傳導(dǎo)，并與周?chē)h(huán)境進(jìn)行熱對(duì)流，拉平了整個(gè)電池組的溫度，最終電池組最大溫差指標(biāo)維持在2.7 ℃以?xún)?nèi)。尤其電池組在持續(xù)爬坡、大電流放電等特殊工況運(yùn)行時(shí)，電池組的溫度一致性分布尤為重要，進(jìn)而使電池組內(nèi)每個(gè)電芯的散熱邊界條件一致，有助于整個(gè)電池模組熱安全性能、續(xù)駛里程、服役性能等性能的提升。

圖7 1.0 C充放電循環(huán)溫度一致性對(duì)比(25 ℃)Fig.7 Comparison of the temperature uniformity under 1.0 C charge-discharge cycle condition(25 ℃)

圖8研究了大電流(將近100 A)放電情況下，電池組充放電循環(huán)時(shí)溫度的變化規(guī)律，結(jié)果表明隨著放電電流的增加，采用空氣作為散熱介質(zhì)的電池組最高溫升達(dá)到9.18 ℃，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，溫差過(guò)大導(dǎo)致的溫度分布嚴(yán)重不均勻?qū)⒅苯佑绊戨姵亟M乃至新能源汽車(chē)的綜合性能，尤其是安全性能。而采用相變材料散熱技術(shù)的電池組即使在循環(huán)結(jié)束后最大溫差持續(xù)降低至5.71 ℃，維持在6 ℃以?xún)?nèi)，但是仍然超過(guò)了電池組一致性指標(biāo)5 ℃以?xún)?nèi)范圍。有了散熱翅片與相變材料的共同參與，電池組的溫度得到了有效的控制，維持在43 ℃以?xún)?nèi)，最大溫差維持在4 ℃以?xún)?nèi)。測(cè)試結(jié)果無(wú)疑對(duì)于電池組后續(xù)熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)及理論指導(dǎo)，加速三元電池組在實(shí)際推廣應(yīng)用時(shí)的產(chǎn)業(yè)化。

圖8 1.5 C充放電循環(huán)產(chǎn)熱性能比較(25 ℃)Fig.8 Comparative analysis of heat generation properties under 1.5 C charge-discharge cycle(25 ℃)

2.3 高溫工況下不同放電倍率散熱效果對(duì)比

圖9表明隨著環(huán)境溫度的升高，即使在不同的放電電流下，3種不同熱管理技術(shù)的電池模組表現(xiàn)出和室溫環(huán)境相同的變化趨勢(shì)。對(duì)于3.6 V/66 Ah的電池模組，自然對(duì)流散熱方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足電池組的散熱需求，當(dāng)放電倍率為1.5 C時(shí)，最高溫度為68.56 ℃，最大溫差達(dá)到6.83 ℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了電池模組溫度一致性(5 ℃以?xún)?nèi))的指標(biāo)。而PCM散熱方式可以有效的控制電池組運(yùn)行的最高溫度，并保持良好的溫度一致性，即使在將近100 A(1.5 C)放電電流下，最大溫差降低為2.7 ℃(見(jiàn)表4)。而散熱翅片的加入使得整個(gè)相變材料電池組的產(chǎn)熱速率和溫升梯度得到了進(jìn)一步的降低，將電池模組的最大溫差控制在2 ℃以?xún)?nèi)，極大地均衡了電池模組內(nèi)所有電芯的放電溫度并提升溫度一致性。

圖9 多種熱管理方式下電池模組不同放電電流的最高溫度對(duì)比(45 ℃)Fig.9 Contrast study of the maximum temperature of power battery modules installing different cooling systems with different discharge current (45 ℃)

表4 不同散熱方式下電池模組溫度隨著放電電流的變化規(guī)律(45 ℃)Table 4 Variations principle of battery module temperature with discharge current adopting different heat dissipation modes(45 ℃)

2.4 高溫工況下充放電循環(huán)冷卻效果對(duì)比

圖10和圖11分別分析了高溫試驗(yàn)條件下，放電倍率分別是1.0 C和1.5 C時(shí)充放電循環(huán)過(guò)程中的溫度變化規(guī)律。圖10測(cè)試結(jié)果表明第3次循環(huán)(1.0 C放電)結(jié)束后自然對(duì)流電池組最高溫差達(dá)到5.19 ℃，而相變材料散熱電池組最大溫差達(dá)到3.21 ℃，相變材料/翅片的電池模組溫度分布更加一致均勻，在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中最大溫差一致維持在1 ℃以?xún)?nèi)。對(duì)于電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的溫度變化，相變材料/翅片電池模組循環(huán)結(jié)束時(shí)的最高溫度與自然對(duì)流相比，降低了3.5 ℃。當(dāng)放電倍率增加至1.5 C時(shí)，循環(huán)結(jié)束后相變材料/翅片電池模組溫度最大值為59.08 ℃，與自然對(duì)流和相變材料電池模組相比，分別降低8.48 ℃和3.66 ℃，均衡溫度方面，相變材料/翅片電池模組與自然對(duì)流和相變材料電池模組相比，最大溫差分別降低5.31 ℃和1.95 ℃，達(dá)到3.11 ℃。散熱翅片充分發(fā)揮了積極的強(qiáng)化傳熱作用，將電池產(chǎn)熱量的核心部位正負(fù)極處的高溫高熱及時(shí)地與周?chē)h(huán)境熱交換，電池模組側(cè)面通過(guò)相變材料吸收產(chǎn)生熱量，這樣使得電池組全方位地進(jìn)行高效率散熱，最終使得安全性大幅度提升，主要表現(xiàn)在升溫速率及溫度分布一致性的技術(shù)指標(biāo)。

圖10 1.0 C充放電循環(huán)最高溫度和最大溫差(45 ℃)Fig.10 Maximum temperature and maximum temperature difference of 1.0 C cycle at higher temperature(45 ℃)

2.5 相變材料/導(dǎo)熱翅片散熱系統(tǒng)隨著放電電流的變化散熱規(guī)律

在室溫(25 ℃)和高溫(45 ℃)實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件下，隨著放電電流的增加，相變材料耦合導(dǎo)熱翅片復(fù)合熱管理系統(tǒng)的控溫和均溫變化規(guī)律具體如表5和圖12所示。

表5表明在室溫條件下，隨著放電電流的上升，1.5 C(將近100 A)高放電倍率下最高溫度達(dá)到42.63 ℃，相變材料/導(dǎo)熱翅片復(fù)合熱管理系統(tǒng)可以有效地控制電池組的最高溫度，使其維持在安全運(yùn)行溫度范圍內(nèi)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件升至高溫45 ℃時(shí)，控制溫度的同時(shí)可以合理有效均衡電池組內(nèi)每個(gè)電芯的最高溫度，使最大溫差維持在1.0 ℃以?xún)?nèi)。均衡性能在室溫和高溫充放電循環(huán)過(guò)程中表現(xiàn)得尤為顯著，具體如圖12所示，即使在高溫惡劣環(huán)境條件下當(dāng)放電電流將近100 A(1.5 C)時(shí)，電池組的最大溫差依然維持在5 ℃以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足電池組均溫性能的散熱指標(biāo)。因此相變材料耦合導(dǎo)熱翅片復(fù)合冷卻系統(tǒng)應(yīng)用在動(dòng)力電池模組中，可以強(qiáng)化散熱效率，有效提升動(dòng)力電池模組的熱安全性能，從而提升續(xù)駛里程及服役壽命。

圖11 1.5 C充放電循環(huán)最高溫度和最大溫差(45 ℃)Fig.11 Maximum temperature and maximum temperature difference of 1.5 C cycle at higher temperature(45 ℃)

表5 不同放電電流下相變材料/導(dǎo)熱翅片的控溫和均溫效果對(duì)比Table 5 Comparison of controlling and balancing temperature effect of battery module employing PCM/low fins composite cooling technology at various discharge rates

3 結(jié)論

本文主要研究自然對(duì)流、相變材料和相變材料/翅片3種不同的熱管理系統(tǒng)對(duì)于同樣技術(shù)規(guī)格的18650電池模組的傳熱規(guī)律影響。進(jìn)而將電池模組在室溫(25 ℃)、高溫(45 ℃)2種環(huán)境條件下分別進(jìn)行0.5，1.0，1.5 C恒定放電倍率實(shí)驗(yàn)和充放電循環(huán)測(cè)試，對(duì)不同工作溫度、不同放電倍率、不同散熱方式電池組的溫升速率及產(chǎn)熱速率進(jìn)行了對(duì)比分析，所得結(jié)論如下。

圖12 充放電循環(huán)過(guò)程中相變材料/導(dǎo)熱翅片的控溫和均溫變化規(guī)律Fig.12 Variations regulations of controlling and balancing temperature effect of battery module employing PCM/low fins composite cooling technology during the chargedischarge cycles process

(1) 文章所涉及的3種熱管理技術(shù)中，相變材料/導(dǎo)熱翅片復(fù)合熱管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高效的溫度控制，高溫45 ℃條件下，1.5 C放電時(shí)最高溫度達(dá)到53.13 ℃，與自然對(duì)流電池組相比，降低15.43 ℃；1.5 C充放電循環(huán)結(jié)束時(shí)，與其他2種散熱方式相比，最高溫度分別下降8.48 ℃和3.66 ℃。

(2) 相變材料/導(dǎo)熱翅片在控制電池組最高溫度的同時(shí)，具有良好的均衡溫度的能力。尤其是在高溫實(shí)驗(yàn)條件下的大電流放電及充放電循環(huán)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中，散熱效果尤為顯著，45 ℃下1.5 C放電時(shí)最大溫差僅為1.51 ℃，即使在將近100 A(1.5 C)大電流放電循環(huán)結(jié)束后最大溫差仍可維持在3.11 ℃，滿(mǎn)足動(dòng)力電池組最大溫差5 ℃以?xún)?nèi)的散熱需求。

(3) 相變材料耦合導(dǎo)熱翅片復(fù)合熱管理技術(shù)由于具有高效快速的降溫及均溫優(yōu)勢(shì)，顯著提升整個(gè)動(dòng)力電池模組乃至新能源汽車(chē)整車(chē)的熱安全性，尤其是目前主流的三元化學(xué)體系動(dòng)力電池模組，勢(shì)必在未來(lái)動(dòng)力電池組熱管理發(fā)展領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。