【摘 要】
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动力电池的安全性与可靠性是保证电动汽车安全行驶的重要因素之一,而动力电池中的锂离子电池受温度影响较大,在高温和低温的情况下均会影响电池的正常使用,造成电池容量衰减、循环使用寿命缩短、电池的热失控等问题。因此,研究如何控制锂离子电池的工作温度,让其在安全的温度范围内工作具有重要意义。本文结合实验室已具备的仪器设备与正在进行的国家自然科学基金项目,通过实验制备高潜热、高导热、低泄漏率的复合相变材料（C
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动力电池的安全性与可靠性是保证电动汽车安全行驶的重要因素之一,而动力电池中的锂离子电池受温度影响较大,在高温和低温的情况下均会影响电池的正常使用,造成电池容量衰减、循环使用寿命缩短、电池的热失控等问题。因此,研究如何控制锂离子电池的工作温度,让其在安全的温度范围内工作具有重要意义。本文结合实验室已具备的仪器设备与正在进行的国家自然科学基金项目,通过实验制备高潜热、高导热、低泄漏率的复合相变材料（CPCM）,并设计一套由CPCM与水套式液冷耦合控温的结构模型,采用实验与数值仿真相结合的方式,对方形和圆柱形两种锂离子电池进行散热控温性能研究,以此保证其安全工作。本文的主要研究内容和结论如下:1、采用石蜡（PW）作为控温材料,膨胀石墨（EG）和石墨烯作为吸附和导热增强材料,并结合金属铝蜂窝进一步提高其导热性能和结构强度,实验制备出高潜热、高导热的PW/EG/石墨烯/铝蜂窝CPCM,将其应用于方形锂离子电池。通过分析表征、性能测试及验证实验,结果表明:（1）石墨烯的加入有效提高了PW的热导率。（2）保持EG的含量不变,加入石墨烯的含量为2%时,PW/EG/石墨烯/铝蜂窝CPCM的导热系数为7.125 W/m·K,相比于未添加石墨烯的PW/EG导热系数仅为3.809 W/m·K,其导热系数提高了87.06%。（3）在电池1C和1.5 C倍率放电下,将CPCM用于方形锂离子电池控温研究,发现其能控制电池的温升速率和表面最高温度并维持在45℃的适宜温度范围内,保证了电池的安全工作。2、采用耐热硅橡胶（SR）封装PW,以降低PW的泄漏率。同时结合EG和氮化铝（AlN）粉末协同增强导热,制备出形态稳定的PW/EG/AlN/SR CPCM,将其应用于圆柱形锂离子电池。通过分析表征、性能测试及验证实验,结果表明:（1）控制EG的质量分数,PW/EG/AlN/SR CPCM的导热系数会随AlN质量分数的增加而不断提升。（2）当AlN质量分数为9%时,其导热系数为0.735 W/m·K,相变潜热值为62 J/g,在150℃的恒温箱加热10 h,泄漏率为7.26%。（3）在电池1.5 C和2 C倍率放电下,将PW/EG/AlN/SR CPCM应用于圆柱形锂离子电池,能将电池表面的最高温度控制在50℃的安全范围以内,这表明所制CPCM能在一定的放电倍率下保证圆柱形锂离子电池的安全工作。3、针对圆柱形锂离子电池组的散热难题,设计了一种PW/EG CPCM与水套式液冷相耦合的散热控温结构。通过仿真分析,其结果表明:（1）CPCM能够较好的吸收电池组产生的热量,增大电池的间距,其表面最高温度也逐渐降低。（2）采用耦合结构能够进一步降低电池组的表面最高温度,并随着液冷流道数量的增加,其表面最高温度也逐渐降低。（3）6流道水套式液冷-CPCM散热控温结构具备最佳的控温效果。在3 C和5 C放电倍率结束时,电池组表面的最高温度分别为33.78、41.11℃,相比于3流道结构,其表面最高温度分别降低了1.68、0.62℃。（4）电池组的最大温差随着放电倍率的增加而逐渐增大,但能控制在5℃以内的安全温度范围,这能保证电池组的安全工作,并有助于提高其循环使用时间。
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