新能源汽車動力電池?zé)峁芾砑夹g(shù)目前主要分為風(fēng)冷、液冷與相變材料冷卻三個發(fā)展方向，而前兩者由于介質(zhì)的換熱系數(shù)較低、結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜或需要消耗外部能源等缺陷無法匹配動力電池日益增長的散熱需求。相反，相變材料高潛熱、低密度的優(yōu)點使其成為了動力電池?zé)峁芾淼男屡d發(fā)展方向。

目前，相變材料應(yīng)用于動力電池?zé)峁芾淼淖畲笳系K是其材料本身較低的熱導(dǎo)率，限制了電池?zé)崃繉?dǎo)出的速度。因此，在相變材料本身的改良方面，國內(nèi)外專家做了大量研究。廣東工業(yè)大學(xué)的研究者們利用銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)對相變材料進行改良，設(shè)計了相應(yīng)的動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)并進行了實驗研究。下圖為該研究中基于銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)合板，所使用的相變材料是利用石蠟與膨脹石墨按照4:1的比例混合制備的復(fù)合相變材料，之后以銅網(wǎng)作為支撐，將復(fù)合相變材料涂抹在銅網(wǎng)兩面形成板狀結(jié)構(gòu)。

銅網(wǎng)加強型相變材料板

在該實驗研究中，所采用的動力電池是12Ah的磷酸鐵鋰電池，如下兩圖所示，總共采用了5個電池單體與6塊箱變材料板組成，5個電池單體采用串聯(lián)連接，并且在箱體的一側(cè)開洞，利用風(fēng)扇向內(nèi)部吹風(fēng)。同時，在電池單體的表面布置溫度傳感器，通過數(shù)據(jù)采集器（Agilent 34970 A）進行數(shù)據(jù)收集。

實驗設(shè)置

在該實驗研究中，對于散熱設(shè)計的驗證，主要影響因素包括電池的充放電倍率、相變材料傳熱特性以及進風(fēng)流量。因此，研究者們對這三者分別進行了對比研究。首先是相變材料本身性質(zhì)的變化，可以看出相變材料的潛熱在加入膨脹石墨之后得到了明顯的提升，由原先的141.6J/g（石蠟）提升至186.4J/g（改良后）。

相變材料潛熱

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，在無相變材料、有相變材料無銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)和有銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)的相變材料三種情況下，分別進行1C、3C、5C的放電實驗，有銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)的相變材料所達到的散熱效果是最優(yōu)的，即使在3C的情況下，電池的溫度也控制在了50℃以下，盡管在5C的放電倍率下，3種熱管理結(jié)構(gòu)形式下電池溫度都達到了60℃以上，但是在實際的使用中，動力電池系統(tǒng)很少存在以5C持續(xù)放電達到500s以上的時長，而在250s左右，有銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)的相變材料依然可以將電池溫度控制在50℃以下。

不同放電倍率下溫度變化

值得注意的是，在有相變材料無銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)和有銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)的相變材料的情況下，充電魚放電時電池的溫度盡管變化趨勢一致，但是溫度值卻存在明顯差異，如下圖所示，尤其在放電情況下，電池的最高溫度比充電時高4.6℃。

不同進風(fēng)流速

就目前的新能源汽車熱管理系統(tǒng)而言，盡管復(fù)合型相變材料依然處于實驗室階段，并未投入實際生產(chǎn)，但其光明的發(fā)展前景從上述研究便可窺見一斑。