动力电池热管理用相变材料的研究进展

动力电池的热性能是影响电池性能及安全性的重要因素,其热管理是国内外的研究热点。阐述了动力电池的产热机理,介绍了适用于动力电池冷却的相变材料(PCM)种类及特点,并从相变材料直接在动力电池热管理中的应用、定型相变材料在动力电池热管理中的应用和相变材料微胶囊在动力电池热管理中的应用3方面分析了相变材料在电池热管理系统中的应用效果。最后对基于相变材料的动力电池热管理系统存在的问题进行了分析,并对其发展趋势进行了展望。     

有机相变材料强化及耦合优化电池热管理系统的研究进展

为满足电动汽车锂离子电池热管理需求，具有优良温控效果的相变材料(PCM)冷却逐渐成为研究热点。本文从有机PCM物性不足出发，概括了目前复合有机PCM的制备及改进方向：添加多维高导热材料(如碳材料、纳米金属、泡沫金属等)强化导热；添加共聚物(如聚乙烯、热塑性弹性体等)提高材料柔韧性和添加阻燃剂(如红磷、聚磷酸铵等)提高阻燃效果以改善其实用性。分别指出膨胀石墨、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯和复合使用红磷与聚磷酸铵对导热、柔性和阻燃的显著提升。同时描述了有机PCM与热管、液冷、空冷等散热方式耦合后系统强化换热的效果，总结耦合热管时需要考虑不同热管排布；耦合液冷或空冷需要设计合适流道增强换热。随后介绍了通过模拟仿真分析有机PCM用于电池热管理系统影响因素及最佳使用工况的研究。最后总结有机PCM用于电池热管理的进展及不足，其难点仍在于其可燃和导电性的改善以及柔性有机PCM在室温下柔韧性不足，有机PCM耦合传统散热系统的车载可靠性和循环可行性也缺乏相应探讨，并为今后有机PCM用于电池热管理提出一定建议。     

基于相变材料的光伏热管理系统研究进展

本文总结了近年来基于相变材料(PCM的光伏)PV热管理系统研究现状。分别从相变材料种类、相变温度等特性的选择,相变材料的封装,以及PV-PCM的导热增强汇总近年来的文献。此外,还总结了PV-PCM热管理系统数值模型,分别以一维、二维、三维模型模拟进行探讨。最后,还提出了PV-PCM热管理系统在未来的研究重点以及展望。目前PV-PCM热管理仍处于研究阶段,前景广泛,后续的研究仍具有挑战性。     

膨胀石墨/石蜡复合材料的制备及热管理性能

石蜡作为相变材料(PCM),膨胀石墨(EG)为导热增强剂,制备不同EG含量的膨胀石墨/石蜡(EG/PCM)复合材料。采用瞬态热线法测量样品的导热系数;把EG/PCM应用于锂离子电池热管理,研究不同EG含量的EG/PCM热管理性能;采用ANSYS软件分析EG/PCM的导热系数对锂离子电池热管理的影响。结果表明:EG的加入大幅度提高了PCM的导热系数,EG含量≥9%时,EG/PCM的导热系数呈各向异性;锂离子电池表面温度随EG含量增加而减小,EG(12)/PCM(88)表现出优异的热管理性能;适当地提高EG/PCM的径向导热系数,有利于提高它的热管理性能。     

相变蓄热水箱分层特性的实验研究

本文基于三水合醋酸钠,搭建了一套相变蓄热水箱实验系统,在初始水温为80℃、进水温度为5℃的工况下,测试得到了水箱的热力学特性,并采用填充效率分析法以及火用效率分析法,在进水体积流量分别为1、3、5、7、9 L/min时,分析了相变蓄热水箱的热分层特性。结果表明,当水箱温度为80℃时,普通水箱、相变蓄热球PCM48水箱、相变蓄热球PCM58水箱的热能分别为18. 81、19. 34、19. 07 MJ。进口体积流量相同时,相变蓄热球越靠近水箱进口,水箱的热分层效果越好。随着进水体积流量的增大,分层效果下降。不同水箱的理查森数Ri在t^*=0. 5达到最大值,Ri随相变蓄热球位置的降低而减小,PCM48和PCM58在第4层时的Ri分别为7. 569和7. 781,而在第1层时的Ri分别减小为7. 03和7. 145,表明水箱热分层的程度随着相变蓄热球位置的升高而降低。     

新型相变储能微胶囊的制备与表征

蓄热调温纺织品是一种新型的智能纺织品,大多采用相变材料(PCM),要求PCM稳定性好、安全、无毒副作用,并有较好的可后整理性能.采用新型微胶囊成形方法,利用核壳聚合原理,制备出直径≤2μm、包覆容量为46%的相变储能微胶囊,并用扫描电镜(SEM)和热分析(DSC)对微胶囊形状及热性能进行表征,为解决智能纺织品用相变材料及其实用化提供了新途径.     

十二酸十二酯/复合聚乙烯醇调温电纺纤维的制备及性能

为改善聚乙烯醇(PVA)对相变材料十二酸十二酯(PCM)的包封稳定性与力学性能,以经戊二醛交联改性的复合分子量共混PVA作为支撑材料、以十二酸十二酯作为相变材料,采用乳液静电纺丝技术制备了PCM/PVA蓄热调温纤维.采用旋转流变仪、扫描电镜、差示扫描量热仪、温度记录仪、热红外成像仪、多功能拉伸仪等研究了O/W型PCM/PVA纺丝液的组成及电纺纤维的表面形貌、储热性能、调温性能和力学性能等.研究结果表明,以不同相对分子质量的PVA1和PVA2共混制备复合PVA,当PVA1与PVA2质量比为3:7,PVA质量分数为14.0％,PCM与PVA质量比为50:100时,PCM/PVA纺丝液具有良好的稳定性和可纺性.电纺PCM/PVA纤维具有良好的蓄热调温性、热循环稳定性、耐水稳定性和力学性能,热处理后PCM/PVA电纺纤维中的PCM几乎无泄露.     

基于PCM/泡沫铜/多孔热管复合相变材料的动力电池热管理研究

采用复合相变材料热管理方式研究了热管类型、环境温度、放电倍率、热管数量以及复合相变材料等对动力电池热性能的影响。通过改变复合相变材料和导热铜管的机械结构,增强对动力电池热性能的影响,针对面向复合相变材料与导热铜管耦合热性能进行实验研究。结果表明,在不同环境温度(30,35℃)下动力电池组高倍率(4,5C,瞬态)放电的散热效果并没有随着用量的增加而提高,降温效果具有不确定性因素,其工况下动力电池组的温度普遍高于PCM(265.9g)工况下的温度。在改变PCM/泡沫铜/多孔热管复合相变材料用量的情况下,当PCM/泡沫铜/多孔热管复合相变材料的耦合模块用量为343.7g时,提高了相变材料的导热系数,能够缩小其内部温差,提高散热效率,优于其它耦合模块,具有较好的循环散热工作性能,所构造的导热铜管与复合相变材料耦合是可行的。     

基于相变材料的电动汽车电池热管理研究进展

锂离子电池作为电动车的动力核心,其性能和安全性直接关系到整车质量和行驶里程.电池的充放电性能和循环寿命受到温度的影响.本文简要介绍了电池发热机理和温度对电池性能的影响,主要综述了基于相变材料的电动汽车电池热管理技术的应用和发展.从材料角度,文中列举并分析了具有合适相变温度的PCM的潜热、导热系数等热物理性质,结论是:有机材料在满足潜热和相变温度的同时,还具备优异的成型性,而其较一般的导热性能和机械性能可通过添加改性剂来增强和优化;从装置角度,基于相变材料的热管理模块可以在被动模式下实现电芯间更均匀的温度分布、较小的温度波动和较低的能耗,而与传统的空冷、液冷方式结合后,混合热管理系统显示出更好的协同效果.目前,有关集成相变材料的电池组实验研究仍较少,但已有的计算流体动力学研究表明,借助相变材料,电池温度性能得到了优化和完善.最后分析了该新型热管理技术的发展瓶颈、可行的解决方案和未来研究方向.     

石蜡相变材料的研究进展

主要介绍了石蜡相变材料(PCM)的封装、制备,以及采用微胶囊PCM、纳米复合PCM、多孔PCM和定形PCM等措施克服石蜡渗漏和低导热系数两大缺陷,以期推广石蜡PCM在建筑领域、太阳能领域、军事领域等运用。     

锂离子电池热稳定性添加剂的研究进展

介绍了锂离子电池燃烧或爆炸的起因和热稳定性添加剂的作用机制,综述了锂离子电池热稳定性添加剂的研究进展,探讨了解决热稳定性添加剂对锂离子电池负面影响的方法,同时展望了其研究开发方向.     

Multi-walled carbon nanotube laden with D-Mannitol as phase change material: Characterization and experimental investigation

In this paper, multi-walled carbon nanotubes (CNT) were dispersed in D-Mannitol to prepare enhanced thermal conductive nanocomposites phase change materials (PCM) with 0.1% and 0.5% weight fraction. The PCM were tested for 100 thermal cycles and characterized by using techniques such as Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thremogravimetric analyser (TGA) and Fourier Transform Infrared (FT-IR). The effect of adding CNT on energy storage/release performance of DM was experimentally studied. Maximum thermal conductivity enhancement was found to be ～7% and ～32% respectively for 0.1–0.5?wt.% DM-CNT composites. It was observed from the crystallization kinetics study of DM that addition of CNT resulted in lowering the crystallization of DM. However after thermal cycling, the latent heat capacities decreased yet showed a high latent heat enthalpy of 241.16?kJ/kg. Experimental results showed that the total time for complete cycle reduced by ～25.7% for 0.5?wt.% DM-CNT. The analysis of the experimental results indicate that the proposed PCM nanocomposites exhibit excellent thermal and chemical stability with enhanced heat transfer characteristics.     

Heat transfer study of submicro-encapsulated PCM plate for food packaging application

In recent studies, encapsulated phase change materials (PCM) were developed as novel materials for food packaging because of their improved thermal insulation capacity. The PCMs (often liquid in room temperature) are encapsulated in a shell material so as they can be practically handled. In this work, the thermal behaviour of an encapsulated PCM material (Rubitherm RT5 encapsulated in polycaprolactone PCL) with two different PCM mass fractions was studied. The model was validated by experimental cooling and heating processes, under controlled air temperature conditions. The numerical result demonstrated a better thermal buffering capacity of the encapsulated PCM material compared to a standard one (cardboard).     

超声辅助溶胶凝胶法制备硬脂酸/SiO2定形相变储能材料

在超声波的促进作用下, 以正硅酸乙酯为溶胶前驱体、 硬脂酸为相变组分, 经溶胶-凝胶过程制备了硬脂酸/SiO₂复合定形相变储能材料。为了研究硬脂酸/SiO₂复合定形相变储能材料的制备工艺, 考察了不同超声功率对材料制备过程中加强两相传质作用的辅助效果的影响以及不同种类催化剂对材料制备过程中溶胶-凝胶过程的影响, 最后确定出具有良好定形效果下材料的最大硬脂酸质量分数为60%。超声辅助酸碱复合催化法制备硬脂酸/SiO₂材料具有无需添加助溶剂和表面活性剂、 凝胶速度快、 方法简便的优点。对硬脂酸/SiO₂复合定形相变储能材料进行了FTIR结构表征和DSC、 TG热性能及热稳定性测试, 产品的相变焓值达91.46 J/g, 在低于175℃具有良好的热稳定性。      

Modeling and state of charge estimation of lithium-ion battery

Modeling and state of charge(SOC) estimation of lithium-ion(Li-ion) battery are the key techniques of battery pack management system(BMS) and critical to its reliability and safety operation.An auto-regressive with exogenous input(ARX) model is derived from RC equivalent circuit model(ECM) due to the discrete-time characteristics of BMS.For the time-varying environmental factors and the actual battery operating conditions,a variable forgetting factor recursive least square(VFFRLS)algorithm is adopted as an adaptive parameter identification method.Based on the designed model,an SOC estimator using cubature Kalman filter(CKF) algorithm is then employed to improve estimation performance and guarantee numerical stability in the computational procedure.In the battery tests,experimental results show that CKF SOC estimator has a more accuracy estimation than extended Kalman filter(EKF) algorithm,which is widely used for Li-ion battery SOC estimation,and the maximum estimation error is about 2.3%.     

高镍三元锂离子电池低温放电性能研究进展EI北大核心CSCD

随着新能源汽车产业的迅速发展,消费者对电动汽车续航里程的要求不断提高。高镍三元锂离子电池因其比能量高成为电动汽车中最具应用前景的动力电池,但该电池体系依然面临着低温性能差的问题。本文综述近年来高镍三元锂离子电池低温性能的研究进展,重点总结高镍三元锂离子电池低温性能的影响因素,一方面从热力学角度分析低温下高镍三元正极材料和石墨负极材料的结构变化、电解液相态和溶剂化结构变化以及黏结剂玻璃化转变对电池低温性能的影响;另一方面从动力学角度分析高镍三元电池低温放电过程中的速率控制步骤。归纳目前高镍三元锂离子电池低温性能的主要改善措施,其中低温电解液的设计包括优化溶剂、改善锂盐及使用新型添加剂三个方面,对电极材料低温性能的改善主要是通过体相掺杂、表面包覆及材料颗粒粒径降低的方式。总结电池中低温性能研究中存在的对电池低温热力学特性研究不够明确、对电池低温动力学过程研究方式单一以及对电池中的反应顺序存在的影响认识不足等问题。     

核电池热功率测量装置校准用标准热源设计

核电池在空间探测、核工业等领域应用十分广泛,由于核电池结构和材料的特殊性,多采用基于等效热功率的方法对其进行功率测量.目前我国用于对核电池热功率测量装置进行计量的热功率标准装置存在准确度较低、稳定性较差的问题,为解决此问题,本文研制了一套标准热源装置,该装置由高精度恒流源、标准电阻、发热体、八位半数字多用表等部分组成,...     

热电池CoS2正极材料制备研究进展

论述了热电池正极材料CoS₂的制备方法研究进展。常用的合成方法有高温固相法、水热合成法和溶剂热合成法,对比了几种常用合成方法的优缺点,并比较全面地总结了各反应体系的相关化学反应机理。对大功率、长寿命热电池较为理想正极材料CoS₂的制备发展方向进行了展望。     

Powering up the Future: Radical Polymers for Battery Applications

Our society's dependency on portable electric energy, i.e., rechargeable batteries, which permit power consumption at any place and in any time, will eventually culminate in resource wars on limited commodities like lithium, cobalt, and rare earth metals. The substitution of conventional metals as means of electric charge storage by organic and polymeric materials, which may ultimately be derived from renewable resources, appears to be the only feasible way out. In this context, the novel class of organic radical batteries (ORBs) excelling in rate capability (i.e., charging speed) and cycling stability (>1000 cycles) sets new standards in battery research. This review examines stable nitroxide radical bearing polymers, their processing to battery systems, and their promising performance.