电池作为电动汽车的核心部件,为电动汽车提供动力来源,其工作状态直接影响电动汽车的性能。在众多的电池中,锂离子动力电池因其较大的能量密度以及较长的循环寿命已经逐渐成为电动汽车领域较为合适的动力来源。然而,锂电池的性能受温度的影响很大,在高温情况和高倍率充放电时容易造成电池过热的现象,严重时造成电池的热失控,甚至起火、爆炸。因此,研究锂电池在大功率状态下的热管理以保证电池的正常工作是十分重要的。本文通过模拟仿真结合可视化实验研究了使用相变材料对锂离子动力电池进行热管理的热特性及相变材料的熔化特性,然后针对相变材料导热率低的缺点提出了在相变材料内添加环形翅片或泡沫金属进行强化传热方案。主要内容及结果如下:(1)讨论了电池的发热特性,建立了单体电池的二维传热模型,通过数值模拟的方法研究了相变材料用于单体电池的热管理系统。在基准情形下,电池表面温升曲线可以分为OA、AB、BC和CE四个阶段,OA为初始状态至电池表面达到石蜡的熔点温度,该阶段的散热方式主要是通过导热和自身的显热进行;AB为温升曲线的减缓阶段,该阶段的散热仍然以热传导为主,对流换热为辅;BC为第三阶段,该阶段的散热方式以对流为主,散热量基本能够和发热量互相平衡,从而形成了所期望的恒温平台;CE为第四阶段,C点之后,石蜡的温控效果基本消失。(2)可视化实验能够清楚地记录下相变材料用于18650动力电池的相变过程,且可视化实验结果与计算仿真结果拟合较好。使用不同导热性套筒时相变材料的相变特征有所不同。B点之后,使用金属套筒时,由于液体石蜡的对流和套筒导热双重作用,尖峰逐渐脱离套筒壁面,形成孤立锥形峰相变界面。使用亚克力套筒时,糊状区域明显减少,未熔化固体石蜡紧贴在套筒内壁面,直至石蜡完全熔化。(3)添加环形翅片能够有效地提高换热性能,当电池发热功率分别为6.6W,8.8W和13.2W时,添加四个翅片后能够将电池温度最大降低14.1%,17.14%和20.3%。由于添加环形翅片限制了内部液体PCM的对流强度,因此由高温液体石蜡向上运动带来的电池上下温差被抑制,当添加四个环形翅片时,电池上下温差基本能够控制在3°C以内。(4)通过在相变材料内填充泡沫铜等高导热性多孔材料能够有效地控制电池的温升,保证电池能够在合理的温度下工作更长的时间。填充泡沫金属后,液相云图没有像纯相变石蜡呈现明显的相变界面,而是当电池表面达到石蜡熔点后,迅速呈现糊状区域,当泡沫铜的孔隙率为85%时能够达到最佳温控效果。