叶欣等：微热管阵列应用于锂电池模块的散热实验 ·123· 续上升：随着放电的进行，电池与环境温差逐渐增 均维持在5℃之内，热管的均匀性和导热性能得到 大，散热量随之增大，因而电池温升变缓：放电后期， 初步体现. 电池内阻急剧增大，造成产热速率骤增，此时散热速 2.2电池模块2C充放电循环实验结果 率不变，电池模块温度再次迅速升高. 电池模块的平均温度变化曲线如图8(a)所示， 从图6(b)中看出，在开放条件下，空气侧1号 由于处于2C高倍率充放电，化学反应非常活跃，且 电池受环境影响较大，温升最小.由于电池摆放密 不可逆热量增加，温度呈单调上升趋势，相比于工况 集，之间相互影响，2、3和4号电池间内部空气不流 一，温度约下降6℃，但依旧高于40℃. 动，造成热量累积，4和8号电池受周围电池热量回 模块的逐时温度差如图8(b)所示，在充放电过 绕的干扰最大，温升最大.工况二中由于风机的作 程中，工况一温差呈现快速上升趋势，结束时温度差 用，温降效果优于热管，但前列电池所散热量会对后 值达到11℃.工况三模块温差上升斜率小于工况 列的电池的温度产生一定的影响，这样势必导致模 一，结束时达到6℃，约为工况一温差的1/2.1800s 块内部产生温度分布的不均衡.逐时温度差如图7 左右充电结束，搁置3min,温度下降，出现局部极 所示： 值.在2C充放电中热管的均匀导热性效果明显，但 仍需进一步优化. 工况 工况 32C实验优化 工况三 Wu等[16]通过实验和仿真指出，自然对流对锂 电池模块效果不佳，强制对流可以在一定程度上控 制电池温度升高，但是电池单体之间的表面温差很 大，这使得热管理变得困难.在工况三的基础上，利 用风扇从上向下仅吹过翅片，达到强制对流效果，风 3600 7200 扇参数为22W/2650转，如图9所示. 时间/s 3.1电池模块2C充放电循环实验优化结果 图71C电池模块逐时温差图 图10(a)所示为加入风扇后，电池模块在2C倍 Fig.7 Hourly temperature differences in the battery packs at rate of 率下温度变化.充电过程中，强制对流初见成效，结 IC 束时到达36.7℃，比工况一降低5.3℃.放电过程 由于对称性，布有测点的电池温度差可近似看 中，模块温度继续单调上升，循环结束时到达41.5℃， 作整个电池模块的温度差值.从图7可以看出，在1 超过最佳运行温度范围，需要进一步优化.图10 C充放电循环结束时工况一、二温差均超过了5℃， ()所示为电池模组在2C倍率下三种工况的温度 张国庆等]的实验表明，随着电流增大，温差将更 差值.可以看出，强制对流后，温差曲线类似于工况 加明显，对电池的使用寿命和性能产生巨大影响，因 三，保持在5℃之内 此风冷不适于高倍率充放电.工况三电池模块温差 强制对流后，由于热管与电池接触面积问题，2 55 (a) 12r 一工祝一 一工况一 50 一工况三 10 ·工况三 45 0 35 30 1800 3600 1800 3600 时间s 时间s 图82C两个工况电池模块温度变化曲线.(a)平均温度：(b)逐时温差 Fig.8 Temperature change curves of battery packs at rate of 2C under Condition I and 3:(a)average temperature;(b)hourly temperature differ- ences叶 欣等: 微热管阵列应用于锂电池模块的散热实验 续上升;随着放电的进行,电池与环境温差逐渐增 大,散热量随之增大,因而电池温升变缓;放电后期, 电池内阻急剧增大,造成产热速率骤增,此时散热速 率不变,电池模块温度再次迅速升高. 从图 6(b)中看出,在开放条件下,空气侧 1 号 电池受环境影响较大,温升最小. 由于电池摆放密 集,之间相互影响,2、3 和 4 号电池间内部空气不流 动,造成热量累积,4 和 8 号电池受周围电池热量回 绕的干扰最大,温升最大. 工况二中由于风机的作 用,温降效果优于热管,但前列电池所散热量会对后 列的电池的温度产生一定的影响,这样势必导致模 块内部产生温度分布的不均衡. 逐时温度差如图 7 所示: 图 7 1 C 电池模块逐时温差图 Fig. 7 Hourly temperature differences in the battery packs at rate of 1 C 图 8 2 C 两个工况电池模块温度变化曲线. (a)平均温度;(b)逐时温差 Fig. 8 Temperature change curves of battery packs at rate of 2 C under Condition 1 and 3: (a) average temperature; (b) hourly temperature differ鄄 ences 由于对称性,布有测点的电池温度差可近似看 作整个电池模块的温度差值. 从图 7 可以看出,在 1 C 充放电循环结束时工况一、二温差均超过了 5 益 , 张国庆等[15]的实验表明,随着电流增大,温差将更 加明显,对电池的使用寿命和性能产生巨大影响,因 此风冷不适于高倍率充放电. 工况三电池模块温差 均维持在 5 益 之内,热管的均匀性和导热性能得到 初步体现. 2郾 2 电池模块 2 C 充放电循环实验结果 电池模块的平均温度变化曲线如图 8(a)所示, 由于处于 2 C 高倍率充放电,化学反应非常活跃,且 不可逆热量增加,温度呈单调上升趋势,相比于工况 一,温度约下降 6 益 ,但依旧高于 40 益 . 模块的逐时温度差如图 8(b)所示,在充放电过 程中,工况一温差呈现快速上升趋势,结束时温度差 值达到 11 益 . 工况三模块温差上升斜率小于工况 一,结束时达到 6 益 ,约为工况一温差的 1 / 2. 1800 s 左右充电结束,搁置 3 min,温度下降,出现局部极 值. 在 2 C 充放电中热管的均匀导热性效果明显,但 仍需进一步优化. 3 2 C 实验优化 Wu 等[16]通过实验和仿真指出,自然对流对锂 电池模块效果不佳,强制对流可以在一定程度上控 制电池温度升高,但是电池单体之间的表面温差很 大,这使得热管理变得困难. 在工况三的基础上,利 用风扇从上向下仅吹过翅片,达到强制对流效果,风 扇参数为 22 W/ 2650 转,如图 9 所示. 3郾 1 电池模块 2 C 充放电循环实验优化结果 图10(a)所示为加入风扇后,电池模块在2 C 倍 率下温度变化. 充电过程中,强制对流初见成效,结 束时到达 36郾 7 益 ,比工况一降低 5郾 3 益 . 放电过程 中,模块温度继续单调上升,循环结束时到达 41郾 5 益, 超过最佳运行温度范围,需要进一步优化. 图 10 (b)所示为电池模组在 2 C 倍率下三种工况的温度 差值. 可以看出,强制对流后,温差曲线类似于工况 三,保持在 5 益之内. 强制对流后,由于热管与电池接触面积问题,2 ·123·