基于功能热流体的动力电池组冷却技术研究

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动力电池在新能源船舶和电动汽车等领域的应用越来越广泛,但是其性能与工作温度密切相关,尤其当电池在高倍率充放电时,电池组内部的温度会出现过高或者是单体温度温差较大等问题。因此,动力电池组亟需高储热,高载热密度的冷却介质。本文制备了具有高等效比热容的石蜡微乳液及强化传热型复合乳液,并采用上述功能热流体对动力电池组进行冷却,探索了不同工况下动力电池的冷却效果。
  首先,制备了石蜡质量分数为20%的石蜡相变乳液,并通过添加具有高导热性能且亲水亲油性良好的氧化石墨烯(GO),制备了强化传热型复合乳液。结果表明,由于GO的亲水性,复合相变乳液都表现出较好的稳定性,添加GO纳米粒子对乳液的潜热值及相变温度影响不大,当GO的质量分数为0.01%、0.02%、0.03%时,运动黏度分别增加了8%、12%、13.8%。
  搭建了流动与对流换热特性试验台,对乳液及复合相变乳液的流动阻力及对流换热特性进行了研究。当GO的质量分数为0.01%、0.02%、0.03%时,复合相变乳液的热导率分别增加了20.01%、30.50%、35.18%。添加GO使乳液的流动阻力略有增加,直管段最大增加了6.70%,90°弯管处最大增加了13.20%;对流传热系数随着GO浓度的增加而增大,当GO浓度为0.03%时,对流传热系数最大提高了43.90%。
  动力电池在高充放电倍率时会加速容量的衰减,严重影响电池的使用寿命。为此,本文以电热阻模拟动力电池产热,设计了动力电池组冷却系统,比较分析了水、乳液及复合相变乳液对动力电池组的冷却效果,实验结果表明,在产热功率为49W的工况下,采用水、乳液及复合相变乳液三种冷却介质,流速为0.08m/s,可使电池组最高温度分别维持在46.5℃、52.3℃、48.1℃,电池组内部温差分别为6.7℃、3.8℃、3.3℃。采用GO/石蜡复合相变乳液作冷却介质时,虽然电池组最高温度比水略高,但在降低内部温差方面优于石蜡相变乳液和水,在动力电池组冷却方面具有较好的应用前景。
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