【摘 要】
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随着全球对新能源汽车的研发和对环境保护的重视,近年来电动汽车得到前所未有的发展,而动力电池组作为纯电动汽车唯一的能源供给方,其安全性能直接影响电动汽车在使用中的安全和性能表现。当前电动汽车动力电池组主要为锂离子电池组,而锂电池性能受温度影响极大,当锂电池温度过高时,锂电池的电解液传送速度和电极的反应速率将加快,从而破坏锂电池内部正常的化学反应平衡,产生一些不利的副反应。尤其当锂电池的温度超过45℃
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随着全球对新能源汽车的研发和对环境保护的重视,近年来电动汽车得到前所未有的发展,而动力电池组作为纯电动汽车唯一的能源供给方,其安全性能直接影响电动汽车在使用中的安全和性能表现。当前电动汽车动力电池组主要为锂离子电池组,而锂电池性能受温度影响极大,当锂电池温度过高时,锂电池的电解液传送速度和电极的反应速率将加快,从而破坏锂电池内部正常的化学反应平衡,产生一些不利的副反应。尤其当锂电池的温度超过45℃时,锂电池内部材料的性能退化将加剧,大大影响锂电池的性能及使用寿命,严重时会导致锂电池组的热失控,从而引发锂电池的自燃等安全事故。针对较高温度下会影响电动汽车动力电池组性能,以及引发安全事故的问题,本文结合国家自然科学基金项目,开展基于复合相变材料的电池热管理方案的设计及其性能研究,合理地控制电动汽车动力电池组在使用过程中的温度,其主要研究内容如下:1、从锂电池的工作原理及内部结构组成等剖析锂电池在工作过程中的生热机理,并且详细介绍了热量的组成及计算方法。2、利用熔融共混法制备PW/EG/LDPE复合相变材料,研究了EG和LDPE的材料比例与复合相变材料的导热率和泄漏率的关系,并且对制备好的复合相变材料进行性能表征,探索其物理性质,研制出了高导热、低泄漏的复合相变材料。3、将制备得到的复合相变材料与散热片相结合,发现散热片的加入大大提高了复合相变材料的导热系数,并且有效减小了复合相变材料的泄漏率。将该冷却方式应用于电池热管理中,进行充放电实验,通过对比分析其对于锂电池的实际控温效果。4、研究制备了一种双层复合相变材料,并且进行了大量的实验及对比分析,探究出合适的PA、MA、LA的材料配比,制备出了三元低融共晶相变基体。对上述相变基体、EG和LDPE使用熔融共混法制备得到内层复合相变材料,将PW/EG/LDPE复合相变材料作为外层复合相变材料,以此制备出两层不同相变温度的复合相变材料,并将其应用于电池热管理中,进行充放电实验验证其散热效果。5、本文制备了一种导热硅胶,并将其涂覆于锂电池与复合相变材料的接触面,从而排挤出它们两者之间的空气,增强其界面传热效率,便于将锂电池产生的热量更快地传导给复合相变材料。通过进行充放电实验对比,发现其可以有效延长复合相变材料的作用时间。6、对上述几种散热方案进行软件仿真分析,验证其散热效果,仿真结果显示复合相变材料与散热片联合控温散热方案和双层复合相变材料控温方案在1C、2C、3C的放电倍率下都能够将锂电池的工作温度控制在安全、合理的温度范围内,表明这两种散热方案对于锂电池散热都具有良好的控温效果,与实验结果基本一致。
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