复合相变材料厚度与膨胀石墨含量对锂离子电池热管理系统的影响

《Energy Technology》：Effects of Composite Phase Change Material Thickness and Expanded Graphite Content on Lithium-Ion Battery Thermal Management System

磷酸铁锂锂离子电池在不同环境温度和放电倍率下的热特性分析，采用ANSYS Fluent平台模拟。实验表明，45℃、5C放电时电池表面温度超安全阈值，提出复合相变材料（RTHC44和膨胀石墨）热管理系统。优化相变材料厚度（9mm）和膨胀石墨含量（12wt%）后，电池表面温度降至60℃以下，验证该系统有效抑制温度升高，提升电池安全性和可靠性。

　　

摘要

锂离子电池的热力学调控对于电动汽车的运行效率、安全性和使用寿命至关重要，尤其是在环境温度升高和放电要求增加的情况下。本研究利用ANSYS Fluent计算平台，分析了棱柱形${\mathrm{LiFePO}}_4$锂离子电池在不同环境温度和放电速率下的热特性。在45°C的环境温度和5C的放电速率下，电池表面温度超过了允许的运行极限，这凸显了采用稳健的热管理策略的必要性。为了解决这一问题，提出了一种基于复合相变材料（包含RTHC44和膨胀石墨）的热管理系统。研究了相变材料厚度和膨胀石墨含量对热性能的影响。结果表明，9毫米厚的相变材料层能够有效将电池表面温度控制在60°C以下。此外，12%的膨胀石墨含量被认为是提高热导率的最佳组合。本研究为利用相变材料优化热管理系统、提升锂离子电池的性能和可靠性提供了重要启示。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究的数据可向通讯作者提出合理请求后获得。