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锂离子动力电池,被广泛应用于新能源电动汽车动力储存和供给系统,有循环寿命长、能量密度高和工作电压较高的优势。但是它在高温环境中的安全性和一致性的问题依然非常突出,严重限制了新能源汽车行业的安全发展。因此,设计一套有效的电池热管理系统方案,对新能源电动汽车行业的发展是非常重要的。研究表明,锂离子电池最适宜的工作温度区间是25-50℃,系统的最大温差应该控制在5℃以内。因此,本论文以三元钴酸锂方形电池为研究对象,采用相变材料热管理技术对其进行控温,分别从材料的改性及电池模组设计等方面开展相关研究。本论文分析了三元钴酸锂方形电池产热机理,总结了国内外的热管理研发现状,重点钻研基于复合相变材料(PCM)的热管理技术。成功研制出泡沫铜(CF)/膨胀石墨(EG)/石蜡(PA)/环氧树脂(ER)复合材料,研究其热物性能。把泡沫铜(CF)/膨胀石墨(EG)/石蜡(PA)/环氧树脂(ER)多元相变材料复合板应用到电池组上,通过仿真模拟及实验测试与传统风冷方案进行对比,分析在不同放电倍率、不同空气冷却强度下的散热结果。论文的主要研究内容如下:(1)、以PA为相变组分,EG为PA容纳组分,ER为定型材料,CF为导热增强骨架制备出PA/EG/ER/CF的多元相变材料复合板通过力学性能测试,泄露性能测试,导热性能测试等评估其在电池热管理领域的适用性。结果表明引入CF导热骨架后,多元相变复合板(CPCM-CF/EG)导热系数可达2.94W/m?K。随着EG和CF的加入,拉伸和弯曲强度逐渐增大。而力学性能测试结果表明,在抗弯强度方面,CPCM-EG/CF试样比CPCM-bald和CPCM-EG分别提高了3.6倍和2.6倍。ER和EG则能够大幅度降低PA泄漏,增强复合PCM板块本身的稳定性和安全性。(2)、通过实验对比CPCM-bald(由PA/ER制备),CPCM-EG(由PA/EG/ER制备)和CPCM-EG/CF(由PA/EG/ER/CF制备)电池模组的散热效果。5C放电时,CPCM-bald,CPCM-EG和CPCM-EG/CF电池模组的最高温度分别为59.7,57.7和54.7℃,且CPCM-EG/CF与空气流量为4m/s的强制空冷进行耦合时,展示出优异的循环稳定性,在不间断的十次充放电循环后,电池模组没有出现热量堆积的现象,其最高温度和温差分别控制在48℃和3.8℃。这些数据证实了CF骨架存在的增强传热能力。(3)、分析电池的产热机理,通过理论和试验结合计算出钴酸锂单体电池的在1,3,5C放电倍率下的产热速率。使用Fluent软件创建单体电池热模型,监测出的模拟温度数据与第三章的实验数据进行对比分析,发现电池的温度的实验值和模拟值在1C、3C和5C放电倍率下相差都在3℃以内,说明单体电池热模型的可行性。随后,创建多元相变材料的电池热模型。对CPCM-EG/CF电池模组在5C放电倍率和风速0m/s,1m/s,2 m/s和3 m/s下,进行实验和模拟对比分析,温度相差均在3℃以内,说明成功建立多元相变材料的电池热模型。最后,使用多元相变材料的电池热模型进行CPCM-EG/CF电池模组的风道优化设计,确定送风口和出风口位置,在进风风速3m/s下,5C倍率下放电的温差由5.1°C(设计一)降低到3.3°C(设计四)。另一方面,假设环境温度为-20°,使用多元相变材料的电池热模型,设计了适合CPCM-EG/CF电池模组的低温预热结构,确定了预热功率40W和预热时间930s。