新能源汽車動(dòng)力電池?zé)峁芾砑夹g(shù)目前主要分為風(fēng)冷、液冷與相變材料冷卻三個(gè)發(fā)展方向，而前兩者由于介質(zhì)的換熱系數(shù)較低、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜或需要消耗外部能源等缺陷無法匹配動(dòng)力電池日益增長(zhǎng)的散熱需求。相反，相變材料高潛熱、低密度的優(yōu)點(diǎn)使其成為了動(dòng)力電池?zé)峁芾淼男屡d發(fā)展方向。

目前，相變材料應(yīng)用于動(dòng)力電池?zé)峁芾淼淖畲笳系K是其材料本身較低的熱導(dǎo)率，限制了電池?zé)崃繉?dǎo)出的速度。因此，在相變材料本身的改良方面，國內(nèi)外專家做了大量研究。廣東工業(yè)大學(xué)的研究者們利用銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)相變材料進(jìn)行改良，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。下圖為該研究中基于銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)合板，所使用的相變材料是利用石蠟與膨脹石墨按照4:1的比例混合制備的復(fù)合相變材料，之后以銅網(wǎng)作為支撐，將復(fù)合相變材料涂抹在銅網(wǎng)兩面形成板狀結(jié)構(gòu)。

銅網(wǎng)加強(qiáng)型相變材料板

在該實(shí)驗(yàn)研究中，所采用的動(dòng)力電池是12Ah的磷酸鐵鋰電池，如下兩圖所示，總共采用了5個(gè)電池單體與6塊箱變材料板組成，5個(gè)電池單體采用串聯(lián)連接，并且在箱體的一側(cè)開洞，利用風(fēng)扇向內(nèi)部吹風(fēng)。同時(shí)，在電池單體的表面布置溫度傳感器，通過數(shù)據(jù)采集器（Agilent 34970 A）進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。

實(shí)驗(yàn)設(shè)置

在該實(shí)驗(yàn)研究中，對(duì)于散熱設(shè)計(jì)的驗(yàn)證，主要影響因素包括電池的充放電倍率、相變材料傳熱特性以及進(jìn)風(fēng)流量。因此，研究者們對(duì)這三者分別進(jìn)行了對(duì)比研究。首先是相變材料本身性質(zhì)的變化，可以看出相變材料的潛熱在加入膨脹石墨之后得到了明顯的提升，由原先的141.6J/g（石蠟）提升至186.4J/g（改良后）。

相變材料潛熱

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，在無相變材料、有相變材料無銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)和有銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)的相變材料三種情況下，分別進(jìn)行1C、3C、5C的放電實(shí)驗(yàn)，有銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)的相變材料所達(dá)到的散熱效果是最優(yōu)的，即使在3C的情況下，電池的溫度也控制在了50℃以下，盡管在5C的放電倍率下，3種熱管理結(jié)構(gòu)形式下電池溫度都達(dá)到了60℃以上，但是在實(shí)際的使用中，動(dòng)力電池系統(tǒng)很少存在以5C持續(xù)放電達(dá)到500s以上的時(shí)長(zhǎng)，而在250s左右，有銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)的相變材料依然可以將電池溫度控制在50℃以下。

不同放電倍率下溫度變化

值得注意的是，在有相變材料無銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)和有銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)的相變材料的情況下，充電魚放電時(shí)電池的溫度盡管變化趨勢(shì)一致，但是溫度值卻存在明顯差異，如下圖所示，尤其在放電情況下，電池的最高溫度比充電時(shí)高4.6℃。

不同進(jìn)風(fēng)流速

就目前的新能源汽車熱管理系統(tǒng)而言，盡管復(fù)合型相變材料依然處于實(shí)驗(yàn)室階段，并未投入實(shí)際生產(chǎn)，但其光明的發(fā)展前景從上述研究便可窺見一斑。