锂离子电池是电动车的关键部件之一,为纯电动车提供能量来源。电池的温度及温度均匀性对电池的性能及寿命影响很大。常用的热管理技术中,风冷散热结构简单,而散热效果较差;液冷散热效果较好,但管路复杂,容易泄漏,不容易与电池集成。新型的相变材料冷却技术利用相变材料相变潜热大的优点来冷却电池,发展前景良好,但是相变材料导热系数低,限制了该技术的应用。本文研究了泡沫金属、翅片复合石蜡的泡沫多孔复合相变材料在电池单体、电池模组中的传热强化效果。提出将翅片与泡沫金属结合强化石蜡传热性能的方法抑制电池温升、增强电池间的温度一致性,采用实验与数值模拟相结合研究了电池的发热与自然对流换热以及相变材料的强化传热特性,主要研究内容与结果如下:(1)开展实验测定单体锂离子电池的发热速率与自然对流换热强化效果。结果表明,18650锂离子电池在2C放电倍率下表面温度已超过50~oC,即合适的电池工作温度上限。在3C放电倍率下(如电动巴士在高负荷下运行,电池放电倍率可达3C)的总发热功率可达4W;并准确测量了锂离子电池单体在此功率内的自然对流换热性能:水平放置的电池单体换热能力高于竖直放置、一些前人总结的经验关系式基本适用18650锂离子电池、添加翅片后对电池的传热强化效果达28%。然而,电池在高倍率下工作时,无论是否添加翅片,电池的温度都会超过合适的温度。需要设计散热结构,抑制电池的温升。(2)实验研究电池单体在纯石蜡、石蜡-泡沫金属、石蜡-泡沫金属-翅片散热结构下的传热性能。结果表明,在不同发热功率下,石蜡-泡沫金属组电池温升相比纯石蜡组下降了7.7%~11.9%。而翅片加入泡沫金属后,相比纯石蜡,电池温升下降了19.2%~27.9%。泡沫金属增强了纯石蜡的传热性能,而翅片的加入改善了泡沫金属与电池接触不良的缺点,进一步降低了电池的温升;测量了石蜡-泡沫金属材料应用于电池包中的散热效果:石蜡-泡沫金属材料能够使所有电池单体温度在3C放电倍率下(对应4W发热功率)都低于50~oC、单体间最大温差低于5~oC,满足了其对最高工作温度的要求。(3)利用CFD软件Fluent计算上述实验组的数值模型。其中,采用局部非热平衡方程求解泡沫铜骨架与石蜡的传热。计算中,泡沫铜参数设置与实验相一致,PPI=20、孔隙率=98%。数值模拟结果与实验值吻合较好;最后,运用数值模拟预测了不同参数的泡沫金属对石蜡的强化传热效果,发现PPI=40、孔隙率90%的泡沫铜金属对石蜡的强化传热效果最好。