叶欣等：微热管阵列应用于锂电池模块的散热实验 ·121· 烧、爆炸等风险升高).另外，电池组内温度及温度 用的热管尺寸为200mm×60mm×3mm. 不均匀上升会显著降低其循环寿命6.简而言之， 1.2锂离子电池 无论电池为何种类型，均需要有效散热和局部热控 考虑到空间和同体积下散热面积问题，本文选 制，因此电池热管理必不可少.Wu与Chiang)研究 用长方体锂离子电池组成的电池模块进行实验.选 发现，当环境温度为60℃时，一块新锂离子电池在 用电池模块由16片电池单体串联而成，电池的物理 3C放电下，容量从800mAh时下降到仅剩20mAh 性质如表1所示.每片电池间有3mm空隙，磷酸铁 时.Belt等[]测试结果表明，温差为5、10和15℃ 锂电池模块实物如图2所示 时，相同充电条件下电池组的荷电状态分别下降 表1锂离子电池性质 10%、15%和20%. Table 1 Characteristics of lithium ion battery cell 本文中，以Zhao等[发明的微热管阵列(micro 正极 负极 容量/Ah电压/V 尺寸/mm3 heat pipe array,MHPA)为基础，将3mm厚的微热管 磷酸铁锂 石墨 18 3.2 165×70×27 阵列应用于电动汽车锂电池系统的散热当中，充分 利用微热管阵列热稳定性好、热输运能力强、结构规 则利于安装使用等优点，对微热管阵列、锂电池模块 等进行合理设计.在开放室温条件下，对电池模块 与布置微热管阵列及优化后的电池模块进行1C及 2C充放电实验，测试温升情况，得到使用散热系统 后电池模块基本达到以下目标：(1)电池模块及电 池单体温度在最佳运行温度范围内：(2)电池模块 图2磷酸铁锂电池模块实物图 Fig.2 LiFePO battery pack images 各电池单体间温差在控制范围内：(3)电池单体温 差在控制范围内 1.3散热实验系统 电池测试工作台的配置如图3所示.关键设备 1基于微热管阵列的电池散热系统实验 是新威尔EVT500V-300A,可对电池模块进行最 1.1微热管阵列 大电压500V、最大电流300A的充电/放电：利用安 微热管阵列是一种导热能力超强的导热元件， 捷伦34970A采集温度：电池管理系统(BMS)与每 其依靠内部工质相变传递热量，组成材料主要为铝 一片电池相连接，利用电池系统集成测试平台监控 材及少量工质，分为蒸发段和冷凝段两部分.每片 每一片电池电压、电容等参数 微热管阵列由多根独立运行的微热管并联组成，且 A新威尔电柜 每根微热管内部还有强化换热的微翅结构，如图1 所示.实验研究[]证明微热管阵列具有均温性能 B模块/BMS 好、热响应时间短等优点.王颖盈等)将微热管阵 列应用于电池组散热，但仅进行了模拟分析.王宏 燕等[2]将微热管阵列应用于单个LED(light emit- D C34970A ting diode)散热，验证了装置的有效散热能力.本文 将微热管阵列应用于多热源电池模块散热实验，选 D计算机 图3电池测试工作台 Fig.3 Battery configuration test bench 实验分为三个工况，三个工况同时进行循环充 放电实验，保证相同环境条件 工况一：即如图4(a)所示，电池单体间间隔 3 mm. 工况二：即如图4(b)所示，采用风机强制冷却， 图1微热管阵列实物图 风扇参数为22W/2650转 Fig.1 MHPA images 工况三：即如图4(c)所示，电池间中部加有热叶 欣等: 微热管阵列应用于锂电池模块的散热实验 烧、爆炸等风险升高[5] . 另外,电池组内温度及温度 不均匀上升会显著降低其循环寿命[6] . 简而言之, 无论电池为何种类型,均需要有效散热和局部热控 制,因此电池热管理必不可少. Wu 与 Chiang [7]研究 发现,当环境温度为 60 益 时,一块新锂离子电池在 3 C 放电下,容量从 800 mA·h 时下降到仅剩20 mA·h 时. Belt 等[8]测试结果表明,温差为 5、10 和 15 益 时,相同充电条件下电池组的荷电状态分别下降 10% 、15% 和 20% . 本文中,以 Zhao 等[9]发明的微热管阵列(micro heat pipe array,MHPA)为基础,将 3 mm 厚的微热管 阵列应用于电动汽车锂电池系统的散热当中,充分 利用微热管阵列热稳定性好、热输运能力强、结构规 则利于安装使用等优点,对微热管阵列、锂电池模块 等进行合理设计. 在开放室温条件下,对电池模块 与布置微热管阵列及优化后的电池模块进行 1 C 及 2 C 充放电实验,测试温升情况,得到使用散热系统 后电池模块基本达到以下目标:(1) 电池模块及电 池单体温度在最佳运行温度范围内;(2) 电池模块 各电池单体间温差在控制范围内;(3) 电池单体温 差在控制范围内. 1 基于微热管阵列的电池散热系统实验 1郾 1 微热管阵列 微热管阵列是一种导热能力超强的导热元件, 其依靠内部工质相变传递热量,组成材料主要为铝 材及少量工质,分为蒸发段和冷凝段两部分. 每片 图 1 微热管阵列实物图 Fig. 1 MHPA images 微热管阵列由多根独立运行的微热管并联组成,且 每根微热管内部还有强化换热的微翅结构,如图 1 所示. 实验研究[10] 证明微热管阵列具有均温性能 好、热响应时间短等优点. 王颖盈等[11] 将微热管阵 列应用于电池组散热,但仅进行了模拟分析. 王宏 燕等[12]将微热管阵列应用于单个 LED( light emit鄄 ting diode)散热,验证了装置的有效散热能力. 本文 将微热管阵列应用于多热源电池模块散热实验,选 用的热管尺寸为 200 mm 伊 60 mm 伊 3 mm. 1郾 2 锂离子电池 考虑到空间和同体积下散热面积问题,本文选 用长方体锂离子电池组成的电池模块进行实验. 选 用电池模块由 16 片电池单体串联而成,电池的物理 性质如表 1 所示. 每片电池间有 3 mm 空隙,磷酸铁 锂电池模块实物如图 2 所示. 表 1 锂离子电池性质 Table 1 Characteristics of lithium ion battery cell 正极 负极 容量/ Ah 电压/ V 尺寸/ mm 3 磷酸铁锂 石墨 18 3郾 2 165 伊 70 伊 27 图 2 磷酸铁锂电池模块实物图 Fig. 2 LiFePO4 battery pack images 1郾 3 散热实验系统 电池测试工作台的配置如图 3 所示. 关键设备 是新威尔 EVT 500 V鄄鄄300 A,可对电池模块进行最 大电压 500 V、最大电流 300 A 的充电/ 放电;利用安 捷伦 34970A 采集温度;电池管理系统(BMS) 与每 一片电池相连接,利用电池系统集成测试平台监控 每一片电池电压、电容等参数. 图 3 电池测试工作台 Fig. 3 Battery configuration test bench 实验分为三个工况,三个工况同时进行循环充 放电实验,保证相同环境条件. 工况一:即如图 4 ( a) 所示,电池单体间间隔 3 mm. 工况二:即如图 4(b)所示,采用风机强制冷却, 风扇参数为 22 W/ 2650 转. 工况三:即如图 4( c)所示,电池间中部加有热 ·121·