相变材料与水套式液冷结构耦合的圆柱型锂离子电池组热管理仿真分析

黄菊花，陈 强，曹 铭，张亚舫，刘自强，胡 金

（南昌大学机电工程学院，江西南昌 330031）

随着全球气候问题的逐渐严重以及化石能源的逐渐枯竭，使用新能源作为输出动力被越来越多的人重视[1-3]。新能源汽车的动力系统采用电力输出，无汽车尾气排放，对空气几乎造成零污染，逐渐成为人们喜爱的出行工具。根据政府报告，我国2025 年的电动汽车销售量目标为达到汽车销售市场的20%[4]。锂离子电池因能量密度高、电池容量大、循环寿命长、无记忆效应等优点，成为新能源汽车的主要输出动力[5]。但随着人们对电动汽车续航里程提出越来越高的要求，电池能量密度也逐年提高。一方面，能量密度的提高增加了电动汽车的续航里程，但同时也增加了由于电池温度过高而引起的电池容量衰减以及电池的热失控、自燃等问题[6-8]。通常情况下，锂离子电池的工作温度为-20～60 ℃9]，电池组内电池之间的最大温差不超过5 ℃[10]。当电池温度超过50 ℃时，其容量衰减非常严重，循环寿命大大减少[11]。因此，设计一套行之有效的电池热管理方法用来控制电池的温度显得尤为重要。

常见的电池热管理方法有空气冷却[12-14]、液体冷却[15-17]和PCM冷却[18-20]以及它们之间的组合冷却。就几种冷却方式而言，PCM 冷却方式结构更为简单、成本低廉、相变潜热大且不需要额外动力来源的优势是其他冷却方式不能比拟的[21]。此外，PCM是一种新型的冷却方式，当电池的温度达到PCM的相变温度点时，它会通过相变潜热的形式吸收电池产生的热量并储存，此时电池的温度上升速率会明显放缓甚至不再上升，具有良好的控温效果，因此这种冷却方式得到了广泛地研究。……