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2)冷却系统的设计与优化:浸没式电池冷却系统需考虑液体循环、降温、压力平衡、泡沫控制等问题
  导读:浸没式电池冷却是将电池直接浸泡于冷却液中,相比常规间接式液冷、风冷和相变冷却,具有结构简单、降温迅速、均温性能好等优势。本研究统计、归纳、总结了目前浸没式电池冷却的相关技术,包括浸没液采选、冷却系统结构设计、热安全等,并结合上述工作对浸没式电池冷却系统的技术应用进行分析。结果表明:浸没式冷却可快速降低电池温度,能够有效提升电池组的温度均一性;但该技术对电池模组的密封性要求较高,漏液以及腐蚀等难题有待解决。

  关键词:色花堂的入口;浸没式电池冷却;电池热管理;浸没液

  相比于铅酸、镍氢、镍铬等动力电池,锂离子电池具有电压平台高、能量密度大和循环寿命长等优势,目前在色花堂的入口上得到重要应用[1]。但锂离子电池的工作性能易受温度影响,温度过高、过低或较大的温差等均会对电池组的运行品质造成负面影响[2]。因此需要为锂离子电池组配置良好的热管理系统,以营造适宜的工作温度环境[3]。

  常见的电池热管理技术主要有风冷式、相变式和液冷式[4]。其中风冷式和相变式热管理分别具有散热能力不足[5]和模组不易轻量化[6]等缺点,使其在色花堂的入口上的应用受到局限。液冷式电池热管理技术主要包括间接式液冷和浸没式液冷,其中间接式液冷是将冷却液通入液冷板,然后再基于液冷板间接给电池降温[7];浸没式电池冷却是将电池直接浸泡于冷却液,相比于间接式液冷具有降温迅速、均温性强等特点[8],目前在迈凯伦、法拉第未来、奔驰AMG[9]等汽车上得到应用。本文通过知网专利检索系统,统计了近 6 年关于浸没式电池冷却技术的专利申请情况如图1所示。

  

  由图 1 可知,近 6 年浸没式电池冷却相关专利数量逐年递增,近3年显著增大,说明电池冷却技术愈发受到重视。实际应用也表明,浸没式电池热管理技术极具市场潜力,目前尚处在初步应用阶段, 还存在一些技术问题待解决。

  本文将从浸没式电池冷却的基本原理、特点、系统结构,以及浸没液的采选等方面展开介绍。

  1 浸没式电池冷却的技术特色及优劣势

  原理及特色

  浸没式电池冷却又称为电池直接冷却(直冷), 原理如图 2 所示。当电池浸泡在冷却液中时,产生的热量被液体吸收,形成温度梯度,热量由高至低通过传导和对流的方式传递至液体中,通过液体和外部环境的热交换完成热量的排出,从而形成对电池的冷却[10]。

  浸没式电池冷却技术需针对锂离子电池的电化学性、热物性以及系统结构进行特殊设计,技术特色如下:

  1)浸没液选择:色花堂的入口电池需要耐高温、低毒性、低腐蚀性、低膨胀性等特殊的浸没液,因此需选择适合电池的浸没液,如氢氟醚等[11]。

  2)冷却管路设计:浸没式电池冷却系统需考虑电池的布局和冷却效率等特殊要求,因此需设计适合的冷却管路,以实现对电池的全面冷却[12]。

  3)冷却系统控制:色花堂的入口电池的浸没式冷却系统需考虑到电池温度的动态变化以及车辆的使用情况等多方面因素,因此需要进行智能化的控制, 以保证电池的安全性和可靠性[13]。

  

  优劣势

  空气冷却(风冷)、间接式液冷、相变材料(phase change material, PCM)冷却[4]也是几种常见的电池热管理技术。

  空气冷却技术如图 3 所示,空气冷却电池的冷却效率较低,冷却效果受环境条件的影响较大。在高湿度环境条件下,电池表面容易出现露水,从而导致电池失效,在高温度环境条件下,空气的低热容量可能导致冷却效果不佳[14]。

  

  间接式液冷技术如图 4 所示。其冷却效率受冷板材质和导热性能的影响较大[15],冷板与电池需接 触,增加了电池模组的重量和体积,且要进行特殊的结构设计,增加了系统成本[16]。

  

  相变材料冷却技术如图 5 所示,当电池温度降至 PCM 的相变温度以下时,基于 PCM 的冷却系统可释放其吸收的热能[17]。但电池运行期间的最高温度在较大程度上取决于 PCM 的相变温度和导热系数,但 PCM 的导热系数较低,因此限制了 PCM 冷却的广泛使用[18]。

  

  在浸没式电池冷却系统中,电池浸泡在冷却液中降低了接触热阻,为冷却提供了均匀的、高热容量的热传输路径。与间接式液冷相比,浸没式电池冷却具有冷却整个电池表面的能力,并能够通过减少电池正极和负极上的局部加热效应来提高电池表面温度的均匀性[19]。在高瞬态发热电池系统中,具有高传热系数的浸没式冷却系统是限制电池峰值温度过高和阻尼温度振荡的首选[20]。浸没式电池冷却系统的优势如表 1 所示。

  

  浸没式电池冷却系统在系统复杂度、电池模块体积以及系统密封性等方面存在一些劣势,如表 2 所示。

  

  综上所述,浸没式电池冷却系统虽具备较多优势,但在工程应用中也要根据具体场景进行权衡和选择,同时需要针对其系统结构、浸没液特性等进行改良和优化。

  2 浸没液

  浸没液是浸没式电池冷却系统中的重要角色。本节将对浸没液的采选准则、不同相态浸没液的性 质以及常见浸没液进行介绍。

  电池浸没液的采选准则

  在色花堂的入口浸没式电池冷却系统中,浸没液的性质对冷却效率起关键作用。作为电池浸没液,其性质需满足如下条件[21]:1)具有良好的电绝缘性,除非在某些特殊的设计中对电池外壳涂上一层绝缘 材料,否则不能使用水等导电液体;2)不易燃且具 有较高的闪点以降低电池热扩散发生火灾的风险, 确保系统的安全性;3)具有适当的工作温度范围、 较长的使用寿命、良好的材料相容性、低重量、低黏度、低腐蚀性以及可持续性等性质,确保可投入大规模生产使用。

  单、双相电池浸没液对比

  根据冷却过程中是否发生相变,可将浸没液分为单相纯液态浸没液和液-汽相变双相浸没液。单相浸没液主要包括矿物油、硅油、天然酯等,双相浸没液以氢氟醚为主要代表。单相浸没液与双相浸没液的冷却方式均为直接冷却,浸没液均与热源直接接触带走热量。

  在使用双相浸没液的浸没式电池冷却系统中, 由于双相浸没液沸点较低,来自热源的热量易使周围浸没液流体发生沸腾相变,从而吸收来自热源的热量。沸腾产生的气体通过水冷冷凝盘管冷凝回液体,并通过系统循环回到液体浴[22]。

  在使用单相浸没液的浸没式电池冷却系统中, 浸没液与热源直接接触,浸没液不会蒸发而是一直保持液相,温度升高后的单相浸没液流体通过冷却分配单元中的热交换器进行冷却。

  在浸没式电池冷却系统中,无论使用上述何种浸没液,冷却效率均高于空气冷却系统。双相浸没液冷却系统设计难度更高,且双相浸没液价格高昂, 循环损耗也较高,因此在实际应用中多以单相浸没 液冷却系统为主[23]。

  电池浸没液种类及研究进展

  氢氟醚

  氢氟醚作为一种两相浸没液广泛应用在电力电子浸没式冷却领域[24-25]。氢氟醚具有良好的介电性且沸点较低,因此也能够在色花堂的入口浸没式电池冷却领域应用。Novec 工程流体是由 3M 公司开发的一套氢氟醚产品,具有良好的热性能,可作为浸没液应用在浸没式电池冷却系统[26]。

  R. W. Van Gils 等[27]采用 Novec 7000 作为圆柱形浸没式电池冷却系统的浸没液进行研究,结果表明,沸腾传热可提高电池温度均匀性,同时指出浸没液的沸腾温度可通过调节系统运行压力进行控制,因此可通过改变压力使沸腾状态控制在成核沸腾以获得最大的传热系数。An Zhoujian 等[28]研究了基于微通道流动沸腾的电池热管理系统的性能,发现基于微通道中氢氟醚流动沸腾的电池热管理系统具有良好的冷却效果,电池电芯温度始终保持在 40 ℃以内。在微型通道中流动沸腾的电池热管理系统适用于较高放电速率的电池组,且在合适的 Re 范围内,传热模式主要为沸腾传热,冷却效率可大幅提高。Wang Yanfeng 等[29]发现氢氟醚的强制对流传热在控制电池模块中的温升方面起主导作用,而单个电池单元之间的温度均匀性主要取决于核沸腾吸热以及两相湍流的局部扰动。

  综上所述,当使用氢氟醚作为电池浸没液,电池温度升至浸没液沸点时,浸没液开始沸腾,此时的传热方式主要为沸腾传热,增强了流体的传热特性,可在短时间内使电池温度维持在较低水平。此外,氢氟醚不易燃,也在一定程度上提高了系统的安全性。

  水/乙二醇混合溶液

  水/乙二醇混合溶液是水和乙二醇的混合物,与多数用于浸没式电池冷却的浸没液相比其导热系数较高且成本较低。但水/乙二醇混合溶液的电气绝缘性较差,为避免出现短路等问题,需要对被冷却物进行预处理[30]。

  液态水

  与乙二醇相比水的导热系数更大,纯水基冷却剂能以更低的总体温度和更小的温度梯度提供更好的热性能,此外水还具有低成本和其他有利特性,因此水一直是传热的首选介质[10]。传统水冷却电池系统较复杂,通常需数个设备同时运行才能正常工作, 且后期维修保养的成本较高。若将电池直接浸泡在水中,系统结构将更简单且更易生产,但电池长时间与水接触,腐蚀和短路等风险也随之而来,因此需使用一种防水介电导热材料来保护电池,抑制电池与水的相互作用,提高电池的使用寿命[31]。硅酮密封剂(silicone sealant,SS)是一种在电子和电气设备领域内广泛使用的防水材料,但 SS 的导热系数过低,设备产生的热量不能及时排出,易造成 SS 老化或退化,因此在实际使用过程中通常选择在 SS 中加入填料[32]。氮化硼(boron nitride,BN)具有高导热系数、高电阻率以及低介电常数,具备良好 的导热性以及电绝缘性,可弥补 SS 的缺陷[33]。Li Xinxi 等[34]设计了一种使用 SS 和 BN 复合材料作为防水材料覆盖在电池外表面的浸没式电池冷却系统,结果表明,与使用纯 SS 相比,添加 BN 形成的复合 材料可有效提高导热性,电池模组的温差保持在 5 ℃ 以内,可确保电池在水中长时间安全运行,防止电池的腐蚀。但由于实际操作较复杂,且存在使用复合材料密封后密封失效引起的安全风险,因此一般 情况下不使用水作为浸没液。

  碳氢化合物

  近年来,烃类流体作为浸没液在色花堂的入口浸没式电池冷却系统愈发受到关注。烃类流体一般可包括矿物油、聚 α 烯烃或其他合成烃类油[35]。矿物油并不是一种物质,而是成分极为复杂的一大堆物质的总称,主要来自于石油。矿物油具有低成本、 低毒性和足够的工作温度范围,可直接作为浸没式 电池冷却系统的浸没液[36]。

  硅油

  硅油又称为有机硅油、甲基硅油,是一种无色澄清的油状液体,无臭或几乎无臭。硅油的沸点为 140 ℃,熔点为-55℃,在高温下具有良好的耐热性, 且具有良好的介电性,广泛应用于浸没式电池冷却系统[37-38]。

  酯类

  酯类可分为天然酯和合成酯。天然酯具有高燃点和良好的生物降解性,但天然酯的氧化安定性不足[39]。合成酯具有良好的抗氧化性、热稳定性以及生物降解性,因此在需要考虑防火、防泄漏和环境保护等方面广泛应用[40]。

  M&I Materials 推出了 MIVOLT 系列酯基浸没式冷却液,包括低黏度产品DF7和高黏度产品DFK, 专用于色花堂的入口电池的浸没式冷却[41]。

  3 浸没式电池冷却性能

  影响浸没式电池冷却性能的因素主要包括浸没液工况、电池模组排布方式以及浸没式冷却系统的寄生功率等。本节将对有关浸没式电池冷却性能的研究进行介绍,旨在确定系统的最佳工作条件,提高浸没式电池冷却系统的性能。

  浸没比对冷却效率的影响

  浸没比是指电池在浸没液中的淹没深度与电池高度之间的比例。浸没比越大,电池的冷却效率一般会随之提高。Wang Haitao 等[42]在放电倍率为 2 C, 环境温度为 25 ℃条件下,研究了使用 10 号变压器 油浸没冷却的 132 mm 软包电池浸没比对电池模块最高温度和温差的影响。研究表明,增加电池浸没比可显著提高冷却效率,完全浸没为最佳工作条件。但当浸没比增至一定程度时,过度浸没可能会带来不必要的附加成本和复杂度,以及增加电池外壳的材料强度来支撑浸没的深度。

  Liu Jiahao[43]等通过矿物油浸没冷却圆柱形电池的实验研究发现,静态浸没液的冷却效率低于动态浸没液。当浸没液流量较小时,对应的 Re 较小, 可认为是层流。在此条件下,电池与浸没液的温差所引起的自然对流换热与强制对流换热共同存在, 一般以自然对流换热为主,如图 6 所示。且电池的充放电倍率越大,自然对流换热越占据主导作用, 在 4 C 循环倍率下,自然对流始终主导传热过程。Re 越大,强制对流换热作用越明显,因此可通过增加浸没液的流量来提高强制对流换热的影响,从而进一步提高冷却效率。Wang Yanfeng[44]等通过两相浸没液浸没冷却圆柱形电池的实验研究发现,液相强制对流换热在降低电池温升方面起主导作用,且浸没液流量越大,强制对流换热的主导作用越大。但液相强制对流换热在一定程度上抑制了电池壁沸腾,破坏了电池单元间的温度一致性。

  综上所述,强制对流换热有利于降低电池模块的温升,但不利于电池单元间的温度保持一致,因此在实际应用中需考虑强制对流换热与自然对流换热的占比问题。

  

  

  浸没液流量对冷却效率的影响

  M. S. Patil 等[46]对矿物油冷却软包电池组进行了数值模拟,研究了浸没液不同流量条件下单个软包电池平面上的温度分布。结果表明,使用矿物油冷却软包电池可使软包电池平面上的温差始终保持在 1.0 ℃内。但当浸没液流量由 1 L/min 升至 10 L/min 后,浸没液流量增加 10 倍,但电池的最高温度仅下降 6.7 %。由此可知,浸没液流量的提高对电池热性能的改善非常有限,较低的浸没液流量也会表现出与较高的浸没液流量相似的影响。

  Liu Jiahao[45]等通过矿物油浸没冷却圆柱形电池的实验研究发现,随着浸没液流量增加,增加流量对冷却效率的改善效果逐渐减弱。研究推断浸没 式冷却系统可能存在冷却极限,即当流量达到一定水平时,再度增加流量并不能提高冷却效率,反而会增加泵的功耗。随着浸没液流量的增加,电池单元间的温差逐渐增大,当浸没液流量为 10 mL/min 以内时,电池单元间的最大温差可维持在 2 ℃以内, 当浸没液流量达到 20 L/min 时,电池单元间的最大温差为 4.7 ℃。由此可知,浸没液流量越大,浸没液与电池表面的温差越小,换热量越少,表现为电池的温降幅度存在边际效应,加剧了电池单元间的温度不均匀性。

  浸没液流动方向对冷却效率的影响

  郭豪文[47]通过浸没式电池冷却的数值模拟研究发现,电池包内的电池单元温度沿浸没液流动方向逐渐升高,温度最低的电池单元位于浸没液入口处, 温度最高的电池单元位于浸没液出口处。这是因为随着浸没液在电池单元间的流动,浸没液的温度逐渐升高,与电池单元的温差逐渐减小,与电池单元的换热量也随之减少。

  S. M. H. Moghaddam[48]通过研究发现,在浸没式电池冷却系统中,浸没液在出口附近产生了湍流, 靠近浸没液出口处的电池单元和浸没液之间的换热量减少,靠近浸没液出口的电池单元相比其他电池单元拥有相对较高的温度。因此,可考虑通过增加附加管路的方式来改变浸没液的流动方向,控制浸 没液在电池组间往复流动换热,从而使电池包内的电池温度更加趋于一致。

  电池排布方式对冷却效率的影响

  郭豪文[47]通过参考散热器中不同管束的布置形式,对浸没式液体冷却电池包中的圆柱形电池设置 了 3 种不同的排布,分别为叉排、顺排和同心圆排。研究结果表明,3 种电池排布下浸没液的进出口温 差相差较小,仅在浸没液流量为 0.2 L/min 时有明显差异,此时叉排的进出口温差高于同心圆排高于顺排。

  在相同的浸没液流量下,浸没液的进出口温差 越高,说明依靠对流换热带走的热量越多,即电池在叉排布置下的换热效果好于同心圆排与顺排。

  浸没式电池冷却系统的寄生功率

  浸没式电池冷却系统的寄生功率是指在电池冷却过程中,由于不可避免的原因所造成的能量损失。该能量损失会导致电池温度升高,且可能对电池寿命和性能产生不利影响[49]。

  寄生功率来源

  浸没式电池冷却系统的寄生功率主要来源于如下方面:1)浸没液温度梯度不均匀,温度梯度不均匀会导致电池表面和内部的温度分布不均匀,从而 产生能量损失;2)液体循环流量不足,流量不足会导致液体无法有效带走电池散热产生的热量,从而产生能量损失;3)浸没液热容量不足,热容量不足无法承载电池散热产生的热量,从而导致电池温度上升,产生能量损失。

  减少寄生功率的优化措施

  S. Park 等[50]通过实验研究发现,由于液体的热性能更好,且浸没式电池冷却系统的热交换效率更高,浸没式电池冷却系统的寄生功率明显低于空气型电池冷却系统。为进一步减小寄生功率带来的能量损失,可采取如下措施:1)优化液体流量和循环方式,确保液体能够充分地流过电池表面和内部, 带走散热产生的热量;2)选择高热容量液体以增加液体承载热量的能力,从而减少热量的积聚和能量损失;3)优化液体的温度分布,确保液体温度均匀,从而减少电池整体温差。
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  4 耦合浸没式冷却的复合式电池热管理

  为进一步提高电池性能,延长电池使用寿命, 关于复合式电池热管理的研究逐年增多。Li Xinxi 等[51]设计了一种复合相变材料冷却和浸没式冷却相结合的方式对18650 锂电池进行冷却,如图 7 所示。该研究将环氧树脂密封胶、石蜡、膨胀石墨组成的复合相变材料包裹在电池外表面,该复合相变材料具有防水、不导电等特性,因此可将被复合材料包裹的锂电池浸没在水中。在多次充放电循环后,使用此冷却方式的电池模块的最大温差仍维持在 2 ℃ 以内,且与仅使用复合相变材料冷却的电池模块相比具有更佳的温度均匀特性。由此可见,浸没式冷却方式可快速将复合相变材料吸收的热量传至水中, 加速传热过程,有效缓和电池模组的局部过热。

  

  M. S. Patil 等[52]将浸没式冷却与极耳冷却相结合对软包电池组进行冷却,如图 8 所示。该冷却方式与使用水/乙烯间接冷却方式相比,电池组最高温度下降约 9.3%,在抑制电池热失控方面也表现出优良的特性。由此可知,浸没式冷却与极耳冷却相结合的冷却方式是一种高效、安全的电池热管理技术, 适用于新一代高比能、高容量、大尺寸锂离子电池。

  

  5 浸没式电池冷却的热安全研究

  电池热失控是影响电池热安全性的最大问题, 本节将对电池热失控产生的原因及危害、浸没式电 池冷却技术中的热失控进行介绍。

  电池热失控产生的原因及危害

  电池热失控是指电池在运行或储存期间因过度充放电或储存不当等产生过多热量超出其设计或安 全限制而失控的情况[53]。主要原因如下[54]:1)过度充放电可能导致电池内部的化学反应失控;2)电池因设计问题或外界环境问题导致内部结构损坏;3)电池制造过程中出现缺陷,如内部有金属异物等;4)电池在使用之前长时间暴露在不当的环境条件下, 未得到适当维护。

  电池热失控是一种非常危险的现象,可能带来 诸如电池爆炸、火灾、有毒气体和化学物质的泄露 等诸多危害 [55]。

  基于浸没式电池冷却的热失控研究

  过度充电的电池一般会释放更多的热量从而导致电池热失控。在浸没式电池冷却系统中,浸没液能吸收电池产生的大量热量,且能较好地维持电池表面温度的一致性[56]。

  Zhou Haikou 等[57]在电池过度充电条件下使用 氢氟醚对电池进行浸没式冷却,研究发现过度充电的电池单元发生热失控后表面温度保持在 185 ℃以 下,且仅在60 ℃以上持续约14 s,未见起火和爆炸, 在此期间,相邻的电池单元未观察到热失控。与之形成鲜明对比的是,未使用氢氟醚进行浸没式冷却 的电池单元在过度充电发生热失控后完全燃烧成灰, 如图 9 所示。

  

  矿物油、硅油、酯类等介电流体在变压器散热中的热安全性已被证明[58]。李雨泽[59]采用变压器油和水-乙二醇阻燃液压油作为浸没液浸没 3 种不同电 极材料的圆柱形锂电池,结果表明,3 种不同电极材料的锂电池与浸没液所接触部分的温度相比在大气环境中热失控时的电池温度有显著降低,且产生 的一氧化碳量也显著降低。由此可见,浸没式电池冷却能够有效降低锂电池热失控灾害和抑制有毒易燃气体产生,可有效规避二次灾害。

  在使用氢氟醚作为浸没液的浸没式电池冷却系统中,由于蒸发吸热,浸没液能够吸收大量热量, 有效抑制电池热失控。当浸没液发生相变形成绝缘层气体覆盖在电池表面后,系统的冷却效率将会大 幅降低,因此应尽量避免氢氟醚由成核沸腾过渡到膜沸腾[21]。

  当热失控发生时,电池会破裂,可燃气体会从破裂的电池中排出与氧气混合导致电池起火,硅油和氢氟醚等浸没液可溶解该易燃气体,并在燃料和可燃物之间制造障碍,阻止火灾的发生[21]。

  6 浸没式电池冷却的可持续性及市场应用

  提高色花堂的入口电池的环境效益和经济效益对 加速其广泛使用起到至关重要的作用[60]。本节将对浸没式电池冷却的可持续性以及市场应用现状进行介绍,旨在证明浸没式电池冷却的实用性。

  浸没式电池冷却的可持续性

  全生命周期成本(life cycle cost,LCC)也称为全寿命周期费用。是指产品在有效使用期间所发生的与该产品有关的所有成本,包括产品设计成本、 制造成本、采购成本、使用成本、维修保养成本、 废弃处置成本等[61]。碳足迹(carbon footprint,CF) 是指企业机构、活动、产品或个人通过交通运输、 食品生产和消费以及各类生产过程等引起的温室气体排放的集合[62]。通过有效的电池热管理系统可显著降低色花堂的入口电池 LCC 和 CF。

  L. Lander 等[63]在考虑电池、车辆、电力系统和后期维修的成本和影响后建立了 LCC 模型和 CF 模 型,以量化使用不同电池热管理系统的色花堂的入口整个生命周期的成本和碳足迹,如图 10 所示。研究发现,使用空气冷却系统的电池循环寿命最短,使用浸没式电池冷却系统的电池循环寿命最长,可增加约 40%。空气冷却系统因无需浸没液和冷却板系统,因此成本较低。但由图 10 可知,LCC 模型中空气冷却系统的 LCC 值相比浸没式电池冷却系统高 27%,这是因为随着使用周期的增加,前期电池 成本和车辆成本的影响越来越小,后期电力成本和维护成本越来越重要。由于浸没式电池冷却系统的 电池循环寿命增加,系统 CF 相比空气冷却系统下降约 25%。由此可见,浸没式电池冷却技术相比于其他几种电池热管理技术不仅在冷却效率上表现优 异,在经济性和环保性上也略胜一筹。

  

  

  浸没式电池冷却技术的市场应用现状

  浸没式电池冷却在电动汽车电池热管理领域已被广泛应用。英国车企迈凯伦的“ Speedtail”是全球首款采用浸没式电池冷却技术的系列车,车的电池被永久浸泡在一种轻量级的介电浸没液中,从而使电池在最佳状态下工作更长时间[64]。迈凯伦方面表示, Speedtail可产生约 775.4 kW 的总输出,电池组提供的功率密度为 5.2 kW/kg。戴姆勒北美卡车公司为旗下产品“SuperTruck II”开发了一种由 8 个钛酸锂氧化物模块组成的 48 V 电池组用以供暖、 通风、空调以及道路行驶等。该电池浸没在 Novec 7500 介电浸没液中且与暖通空调系统相结合,车舱内的空调空气与浸没液流体协同冷却电池,从而提高电池的工作性能,延长电池的使用寿命,提高暖通空调系统效率[65]。意大利车企图腾汽车在将经典阿尔法罗密欧 GTV 改造为高性能纯电动汽车后宣称,该电动汽车电池采用浸没式冷却技术,为此经典产品提供了更优的性能[66]。还有一些专利技术也得到了研究,但尚未投入使用[67-70]。

  7 浸没式电池冷却技术展望

  综合已有研究以及浸没式电池冷却技术的局限性,为使其能被更多应用于色花堂的入口中,未来的重点研究方向应主要为如下方面:

  1)新型浸没液:传统的电池浸没液具有腐蚀性和不良的热性能,研究新型电池浸没液(如高导热的液态金属)以提高浸没式电池冷却系统的散热性能和稳定性。

  2)冷却系统的设计与优化:浸没式电池冷却系统需考虑液体循环、降温、压力平衡、泡沫控制等问题,因此需对系统进行设计和优化,以提高可靠性和高效性。

  3)热电耦合效应的影响:电池浸没液导热性能较好,因此热电耦合效应对浸没式电池冷却的影响十分重要。对热电耦合效应的研究可为浸没式电池冷却系统的优化和故障诊断提供理论依据。

  4)温度控制与管理:浸没式电池冷却技术的热均衡性好,因此温度控制和管理较困难。如何在保持热平衡的同时实现温度调节和保护是浸没式电池冷却的重要研究方向。

  5)安全性与可靠性:浸没式电池冷却需使用液体介质,因此要进行安全隔离和泄漏控制等工作, 以避免液体泄漏、热失控和爆炸等安全问题。综上所述,浸没式电池冷却的研究方向较为广泛,未来还需从多个方面进行研究和探索,以实现其在色花堂的入口或航空航天等领域的更广泛应用。98堂的最新的网址是什么

  8 结论

  本文从电池浸没液的采选、冷却系统的结构设计以及热安全等方面系统分析了色花堂的入口浸没式 电池冷却技术,得到如下结论:

  1)浸没式电池冷却技术热管理效率高、均温性 强,但在浸没液采选、设计和电池模组封装技术方 面仍需进一步优化和提升。

  2)现有的对浸没式电池冷却性能的研究仅停留 在单一浸没液工况,对不同种类浸没液冷却性能的 对比研究较少,后续应开展此类研究。

  3)浸没液可有效抑制电池热失控的传播,使浸 没式电池冷却系统的安全性优于常规间接式液冷、 风冷和相变冷却,但浸没液可能对电池进行腐蚀, 缩短电池使用寿命,因此后续研究应开发新型电池 浸没液,以提高系统安全性和电池使用寿命。

  4)两相(液-汽相变)浸没液相比于单相纯液 态浸没液展现出更优异的性能,但存在系统复杂度 较高,价格较昂贵等问题。成本是目前车企考虑的 首要问题,因此实际应用中多数以单相浸没液为主。

  5)浸没式电池冷却系统结构紧凑,后期维修保 养成本低,冷却效率明显高于常规间接式液冷、风 冷和相变冷却,有望成为新一代高比能、大尺寸锂 离子电池热管理的新技术。

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