基于相变和热电控温技术的动力电池热管理系统设计与研究

随着新能源汽车的飞速发展,作为汽车核心技术的动力电池热管理受到越来越广泛的关注。相变控温是一种新型高效节能的热管理技术,有望替代传统风冷、液冷技术成为动力电池热管理的首选方案。当前相变控温技术仍然存在相变材料热导率低、易泄漏、机械性能差等问题,另外,其安全可靠性仍有待提高。本文在详细评述动力电池热管理技术国内外研究发展现状的基础上,提出了基于相变储能与珀尔帖(Peltier)效应的动力电池热管理系统的设计研究方案,全文的主要研究内容和结论如下:首先,选择石蜡类材料作为散热介质并对其进行改性研究。聚乙烯石蜡在过氧化苯甲酰(BPO)的作用下接枝马来酸酐(MAH)官能团,以增大分子极性,提高相变潜热;膨胀石墨复合接枝石蜡,提高了复合材料的热导率;利用熔融加热搅拌、冷压的手段制得复合材料。在结构上,单电池、相变材料复合体均匀分布在铝基壳内;子模块外安装热管加强散热。在温度辅助控制系统硬件部分,利用热电偶,I-7018数据采集卡实现温度数据的采集;通过tM-C8高低电平控制模块,PCB电路板,固态继电器,实现对热电片电流方向,即制冷制热状态的控值;软件部分,利用LaVIEW程序语言完成系统温度数据的采集、判断,tM-C8电位输出控制,进而实现系统温度的自动控制。最终,在改性复合相变材料的基础上,综合相变储能、Peltier效应与热管散热技术,设计了极端温度辅助工作系统,提出了一套完备的相变材料电池热管理系统设计方案。在基于热管理系统的设计方案上,组装了一套实验系统。利用?18×65圆柱形加热棒模拟电池发热,3 W、5 W、10 W的加热功率模拟电池在不同运行工况及热失控时的发热状态,以风冷与空冷作为对比组,以最高温度与最大温差作为参考标准。温度数据分析结果表明,在不同工况下,基于相变储能与Peltier效应的动力电池自动控制热管理系统的工作效果优于强制风冷,并且在极端温度环境下能迅速的将电池的温度恢复到最佳范围。