使用相變材料與金屬泡沫的鋰離子電池熱管理數值研究

本文對使用了三種不同的材料（純十八烷，純鎵和十八烷-Al泡沫復合材料）制成的鋰離子電池熱管理系統進行了仿真研究，其中Al泡沫孔隙率有三種0.97、0.925和0.88。數值仿真研究是基于SIMPLE（Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations）算法的。仿真模型模擬了電池熱通量為 400W/m2、600W/m2、800W/m2的三種不同情況。本文不僅研究了在電池熱管理系統相變材料的厚度不同時，電池表面溫度的變化，還研究了在選用不同的相變材料時，電池表面溫度的變化情況。研究結果表明，當相變材料的厚度增加時（從7.5μm增加到15μm），電池表面溫度達到60℃所需要的時間就越長（代表熱管理效果越好）。當相變材料為純十八烷時，當相變材料的厚度從7.5mm增加到15mm時，電池放電時間增加了87%，與使用純鎵作為相變材料相比，電池表面溫度將會分布更加均勻，電池放電時間是使用純稼作用相變材料時的放電時間的4.7倍。與純十八烷相比，在十八烷中加入0.88孔隙度的Al泡沫作為相變材料時，放電時間將會增加7.3倍。將Al泡沫添加到十八烷中顯著增加了電池表面溫度的均勻性，例如將使用純十八烷時電池表面最大溫差的25℃，當Al泡沫添加到十八烷中電池表面最大溫差下降到2℃。