电池|基于平板热管优化布置的电池热管理系统性能研究( 三 )
图4?热能传递到FPHP
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图7?电池模块热管理系统
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本文所设计的电池组由五个3.2V50Ah方形磷酸铁锂电池串联组成。电池间距为4mm，并且电池与电池盒之间有3mm的安装间隙。电池盒的顶部由两个铁支架固定，盒的一侧有5个小孔用于连接温度传感器。电池包整体散热结构如图7(a)所示。FPHPs垂直附着在电池的壁面上，中间涂有一层薄而均匀的热脂。每个FPHP的冷凝端与铝散热片连接，以增加FPHP的散热面积。
电池由几个电极连接片连接。考虑到FPHPs的结构布置，连接件设计为弧形铜片，连接件不接触外壳的顶端，因此不存在短路危险。分组后的热管理系统俯视图如图7(b)所示。
电池产生的热量通过热脂传递给FPHP, FPHP蒸发段的工质吸收热量产生蒸汽，蒸汽通过翅片与空气之间的强制对流凝结成液体。最后，液芯的毛细管作用将液体返回到蒸发段，从而实现一个循环。其工作原理如图8所示。
图8?FPHP热管理原理示意图
实验分析
电池模块的热特性
在测量热管电池热管理系统的冷却效果前，需要测量每节电池在自然冷却条件下放电过程中的温度变化情况。每个电池首先是用恒流，然后以恒压充电，直到电池饱和，自然保持常温。然后分别对电池组进行放电，电流分别为25A、50A、100A，采集放电过程中每个电池的温度数据。电池在三种不同放电速率下的温升情况如图9、图10、图11所示。磷酸铁锂动力电池具有高温性能，可在-20~75°C范围内工作。为了保护电池的容量和寿命不受温度的影响，在高速放电时，当电池温度达到70℃时停止实验。
图9?在自然风冷条件下，每个电池在25A放电时温升
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常温下三种不同电流放电，中间位置的3号电池温度基本最高，2号和4号电池温度次之，两侧的1号和5号电池温度最低。放电后，电池组在25A、50A、100A三种电流下的温度差分别为9.95℃、13.37℃、23.16℃，在大速率放电时，电池本身的温度均匀性变差。
随着功率的增大，电池之间的尺寸越来越大，电池组温升速度增大，温差增大，极大地影响了电池在高功率下的性能和寿命。为了更好地利用电池性能，提高电池寿命，需要对电池组进行有效的热管理。
FPHP热管理系统的散热特点
电池模块的温升特性
电池模块与FPHPs联合封装后，分别以25A、50A、100A电流对电池模块进行放电，并测量模块放电过程中的温度变化。将结果与自然冷却放电结果进行对比，得到了两种冷却方式下电池温度随放电时间的变化情况，如图12、图13、图14所示。
从图12和图13可以看出，放电初期温度上升较快。随着时间的推移，当温度达到相变温度时，FPHP开始工作，因此温升曲线变慢。最后，冷凝端散热功率与电池的产热功率相等，所以曲线相对稳定。在图14中，由于冷凝端散热功率小于大电流放电时的发电量，在600s后温度上升较快。
放电后，1号电池的温度是最高的模块，它是34.92℃，34.98℃，42.41℃，所有都小于43 ℃。与自然空气冷却试验结果相比，该模块的最高温度下降了26.01℃，35.02℃，27.59℃，热管冷却大大降低了电池的温度，让电池在一个合适的温度范围内工作，提高了电池的性能和寿命。
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