无人机用锂电池热管理研究及优化设计

何云华，王艳萍，贺拾贝，雷从林，李志文

（成都工业学院汽车与交通学院，四川成都 621000）

1 研究背景

目前，锂离子电池由于具有工作性能稳定、能量密度与功率密度高、寿命长、质量轻等优点，被作为电动无人机动力源广泛使用。然而无人机在飞行过程中，尤其在加速与起飞降落时，具有较高的放电倍率，产生大量热量，如果没有合理的热管理系统，高温将严重影响电池的寿命与容量，甚至产生爆炸的危险[1]。研究表明，锂离子电池内部的电化学活性在温度低于15 ℃时明显减弱，当温度高于45 ℃时，电级—电解液加速的副反应作用将造成锂电池容量的衰减[2-3]，故多将45 ℃作为锂离子电池工作温度上限[4]。

提出一种基于多功能结构的利用无人机螺旋桨气流的高效热管理方案，优化改善无人机起飞降落时，电池高温问题。

2 螺旋桨下流场分布实验研究

采用常规APC1045 螺旋桨桨叶进行实验，在支撑臂上，设置5 个测量点，测量测量点距螺旋桨中心位置，采用希玛AR866A 热线式风速仪分别测量各点风速，如表1 所示，假定螺旋桨中心与桨梢处风速为0，采用线性拟合，确定流速分布。

表1 无人机风速实验测量表

3 三维模型的简化建模

无人机简化模型如图1 所示，将锂电池（120 mm×60 mm×30 mm）放于正方形（250 mm×250 mm×90 mm，厚1.5 mm）塑料腔体中，电池底部与腔体底板接触，在电池四周为铜制均热片（40 mm×30 mm×1 mm），均热片外为热管（宽8 mm，厚1.8 mm），热管在腔体内顶部与顶部均热片（厚1 mm）接触，穿过腔体，进入旋翼流场区域，保证散热片表面积不变，将支撑臂的散热片用20 片间距5 mm 的20 mm×9.2 mm×0.8 mm 的散热片替代。……