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论文信息：
K.W.Song,R.He,C.Gao,H.J.M.Pea,A.L.He,Q.Zhang,K.Zhang,Z.J.An,Performance of a combined battery thermal management system with dual-layer phase change materials and air cooling technologies,Applied Thermal Engineering, 254 (2024) 123865.
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.123865.
现如今，大多数基于相变材料（PCM）的电池热管理系统（BTMS），无论是仅基于PCM冷却还是PCM与其他冷却方法的结合，都局限于单个固定相变温度的PCM。但是，从应用的角度来看，考虑到电池需要在可变环境下工作的实际因素，以及固定相变温度的PCM冷却只能在较窄的温度范围内工作，PCM的布置可能会有更好的选择。因此，研究不同PCM排列方式下电池的热特性对改进BTMS的设计具有重要意义。在不同环境温度下，当放电倍率不同时，双层pcm排列对电池散热及整体散热性能的影响，目前文献较少。为此，本文提出了一种基于pcm的BTMS和一种新的双层pcm排列结构。
锂离子电池越来越多地应用于电动汽车、储能等领域。为了保证电池在不同环境温度下的稳定运行，提出了一种基于PCM的新型电池热管理系统。为了证明该结构的有效性，对单层PCM和双层PCM布置的18650锂离子电池的温度变化进行了数值模拟计算和比较。结果表明，本文提出的双层pcm排列在不同的环境温度（Tamb）下具有更好的环境适应性。当Tamb为20℃，放电倍率从1C增加到5C时，双层pcm布置下电池的最高温度(Tmax)分别为25.33、30.80、33.58、35.80、39.07℃。为了应对高环境温度和高放电率，将双层PCMs布局与风冷相结合，形成混合动力BTMS。结果表明，当温度为40℃，放电速率为3C时，混合型BTMS的Tmax比基于pcm的BTMS降低了21.5%。采用双层PCMs结构的混合BTMS能很好地控制电池组的Tmax，并将温度均匀性保持在可接受的范围内，在电池热管理方面具有很大的应用潜力。
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图2.网格和时间步长验证结果:(a)不同网格数下的Tmax;(b)不同时间步长的Tmax。![]()
图3.验证结果:(a)数值结果，(b)实验结果。
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图4.不同PCM布置的电池温度和液分比较:(a)Tamb = 20℃， (b)Tamb = 30℃， (C)Tamb = 40℃。![]()
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图7.不同放电速率下的电池温度和液分:(a) Tamb = 20℃， (b)Tamb = 30℃， (C)Tamb = 40℃。![]()
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图10.混合BTMS放电完成时PCMs的液体组分。![]()
图11.混合BTMS下PCM2液分随时间的变化:(a)30◦c - 2c， (b)30◦c - 3c， (c)30◦c - 4c， (d)30◦c - 5c。![]()
图12.在不同放电速率下混合动力BTMS电池组的ΔTmax。
本文提出的BTMS采用一种新型的双层PCMs结构，具有较好的环境适应性。通过数值模拟对该系统的热性能进行了深入分析。调查的重点是三个代表性的Tamb(20℃, 30℃和40℃)和各种放电率从1C到5C。此外，为了满足高负荷和高放电速率下的散热需求，还提出了一种双层pcm与空气冷却相结合的混合型BTMS。
