热电制冷技术是一种固态制冷技术,具有无制冷工质(制冷剂)、无噪音、集制冷与加热于一体等优点。基于热电制冷技术制成的热电制冷片(Thermal Electric Cooler,简称TEC)在通直流电的情况下可进行热量的转移,从而实现制冷。与传统的自然冷却、液冷方式相比,热电冷却方式结构简单、操作方便且反应迅速,制冷温度可调。因此,热电制冷技术为动力电池热管理研究提供了新思路。将TEC应用于动力电池热管理,首先要解决的是分析热电制冷性能的影响因素。由于TEC内部热电偶臂数量庞大,全场模拟比较困难,本文提出了热电制冷片的紧凑模型,采用模拟与理论计算相结合的方法,数值研究了外部参数包括冷端对流换热系数、热端对流换热系数和通电电流对热电制冷片性能的影响,并和试验进行对比。其次,将最大制冷量和能效值θ作为选型标准,选定TEC1-12710T150作为热电制冷方式的核心元件。另外,建立热管理效果评价体系,分别将动力电池模组最高温度达到50℃和最大温差达到5℃的时长作为评价指标。最后,以模拟电池代替真实电池,搭建基于泡沫铜和石蜡复合传热结构的小型动力电池模组(3×5)试验台。以该电池模组为研究对象,合理设计热电偶测试段,并采用对比分析的方式,比较该电池模组分别在自然对流方式、液冷方式和热电制冷方式下的热特性,从而验证热电制冷技术在动力电池热管理方面的可行性。研究结果如下所示:(1)冷端换热系数、热端换热系数以及通电电流大小均在不同程度上影响着热电制冷片的制冷性能。其中,热电制冷片的制冷量和制冷效率随着冷、热端对流换热系数的不断增大而逐渐增大。当其达到一定值之后,其影响趋势趋于平缓,不再持续上升;通电电流的大小对热电制冷片的冷端温度和制冷量的影响存在“最佳值”。(2)热电偶测试段设计符合预期,模组内的最高温度出现在位于中间位置的8号电池,最低温度出现在位于边缘位置的11号电池。当发热功率为2W时,自然对流方式下,电池模组最高温度大约历时2200s达到50℃。然而,液冷和TEC制冷方式下电池模组最高温度均可趋近稳定状态,且达到稳态时,液冷历时约4420s,TEC制冷历时约1280s。另外,稳态时,TEC制冷方式下电池模组最高温度仅有31.5℃,远低于液冷方式的44.5℃,具有明显的温控优势;(3)当发热功率为4W时,电池模组最高温度达到50℃时,自然冷却、液冷和TEC冷却方式分别需要约915s、1115s、4465s,TEC制冷相比于液冷方式工作时间延长3350s,将近56分钟;当发热功率为6W时,相比于功率较小的2W和4W的情况,电池模组最高温度达到50℃时,3种冷却方式所需的时间均大大缩短,分别需要520s、580s、775s,但TEC制冷仍然具有较好的温控优势。(4)当发热功率为2W时,3种冷却方式均能有效控制电池模组的最大温差在5℃以内;当加热功率增加时(4W/6W),自然冷却方式和TEC冷却方式下电池模组最大温差在4℃～6℃,并趋于稳定状态。然而,液冷最大温差即使在相变材料熔化后仍持续上升,温差明显超过自然对流和TEC冷却方式。