《Energy Conversion and Management-X》：Performance analysis of a novel battery thermal management system integrating thermoelectric and dielectric immersion cooling in EVs
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本文针对电动汽车高倍率放电下锂电池热失控风险，提出了一种集成热电冷却与介电浸没冷却的混合电池热管理系统（BTMS）。研究团队通过CFD仿真与实验验证，系统评估了该系统在不同放电倍率（5.8 C至9.6 C）和冷却液流速（0.56-1.96 L/min）下的热管理性能。结果表明，在最高放电倍率9.6 C时，系统可将电池温升降低高达53%，最大温差控制在5.3 K以内。该研究为高性能电动汽车电池热管理技术提供了创新解决方案，显著提升了电池在高负荷工况下的热安全性与循环寿命。
随着全球碳中和目标的推进，电动汽车（EV）正以前所未有的速度取代传统燃油车。然而，作为电动汽车“心脏”的动力电池，其热安全管理却成为行业发展的阿喀琉斯之踵。锂离子电池在快速充放电时会产生大量热量，若不能及时散逸，将导致电池性能衰减、寿命缩短，甚至引发热失控事故。特别是在炎热的夏季或高速行驶工况下，电池温度极易超出20-40°C的理想工作区间。当温度超过45°C时，电池不仅会出现严重的自放电现象，更可能走向不可逆的热失控深渊。
现有电池热管理系统（BTMS）各具短板：风冷系统结构简单但散热效率有限；液冷系统效率较高却存在漏液风险；相变材料（PCM）虽能吸收热量但难以持续工作。面对电动汽车对高能量密度、快速充电的迫切需求，开发高效可靠的电池热管理技术已成为行业迫在眉睫的挑战。
在此背景下，来自拉杰沙希工程技术大学（RUET）的研究团队独辟蹊径，将热电冷却（TEC）与介电浸没冷却两种先进技术融合，设计了一种创新型混合电池热管理系统。相关研究成果发表在能源管理领域知名期刊《Energy Conversion and Management-X》上，为高功率动力电池的热安全管控提供了新思路。
研究人员采用多学科交叉的研究方法，首先通过计算流体动力学（CFD）仿真对系统进行数值模拟，随后搭建实验平台进行实证验证。关键技术方法包括：1）基于Newman-Tiedemann-Gu-Kim（NTGK）电化学热模型模拟26650锂铁磷（LiFePO4）电池的热生成特性；2）采用变压器油作为介电流体进行浸没冷却；3）集成帕尔贴（Peltier）模块增强散热能力；4）通过ANSYS Fluent软件进行三维热流体耦合仿真。
研究结果全面评估了该混合BTMS在不同工况下的热管理性能：
温度控制效能：系统在最高放电倍率9.6 C、冷却液流速1.96 L/min时，能将电池表面最高温度控制在约45°C，较无BTMS情况降低温升16.57 K，降幅达46.54%。即使在最低流速0.56 L/min条件下，系统仍能实现9.71 K的温升抑制。
流速影响规律：冷却液流速与散热效能呈正相关。在9.6 C放电条件下，流速从0.56 L/min提升至1.96 L/min时，电池表面温度可从52.3°C降至45°C，降幅达7.3°C，证实了高流速对增强对流换热的积极作用。
温度均匀性分析：系统在电池模块内保持了良好的温度一致性，最高温差控制在5.3 K以内。靠近冷却液进口的电池区域温度较低，而模块中部和出口区域温度略高，这种温度分布与流道设计密切相关。
热电冷却贡献：集成帕尔贴模块的冷却系统表现出卓越的瞬态散热能力。在系统启动后，冷端温度迅速下降，为介电冷却液提供了低温热汇，显著提升了系统整体冷却效率。
仿真与实验验证：CFD仿真结果与实验数据高度吻合，最大偏差不超过2 K，验证了数值模型的准确性。这种一致性为系统优化设计提供了可靠的工具。
研究结论表明，热电-介电浸没冷却混合BTMS能有效应对高倍率放电条件下的电池热挑战。系统通过介电液的直接接触冷却和帕尔贴模块的主动制冷相结合，实现了高效热管理，使电池温度始终处于安全范围内。值得注意的是，在9.6 C极高放电倍率下，系统仍能将电池温差控制在合理范围内，避免了局部过热引发的热失控风险。
该研究的创新价值在于成功将两种先进冷却技术有机整合，攻克了单一冷却方式的技术瓶颈。特别是系统在不同工况下表现出的稳定性和适应性，为电动汽车电池热管理提供了新的技术路径。未来通过优化流道设计、采用高效热电材料和智能控制策略，该系统有望在电动汽车、储能电站等高功率应用场景发挥更大价值。
随着电动汽车向高电压平台、超快充技术方向发展，电池热管理的重要性将日益凸显。这项研究不仅为解决当前电池热安全问题提供了切实可行的方案，更为下一代电池热管理技术的发展指明了方向——通过多技术融合与智能控制，实现电池系统在高性能与高安全之间的最佳平衡。
