來源|Applied Thermal Engineering

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背景介紹

全球變暖問題越來越引起政府、公司和其他各組織的關注，發展清潔和可持續的替代能源已成為一個十分重要的話題。使用電動汽車代替內燃機汽車有望成為實現降低溫室氣體排放量目標的一個很有前景的解決方案。然而，對電動汽車性能的擔憂影響著消費者們的選購偏好，這也促使電動汽車制造商不斷提高其電池組的能量密度。從2008年到2020年，一個典型的電動汽車動力電池組的平均能量密度從55 Wh/L增加到450 Wh/L，這是通過在電池組中安裝更多的電池來實現的，這導致總產熱速率急劇上升。

此外，阻礙電動汽車廣泛使用的另一障礙是充電所需時間過長。因此，快充（FC），即通常被定義為一個電荷率（C-充電率）高于1C的充電過程，已被用于新一代電動汽車，與此同時，鋰離子電池也會產生更大的熱量，

溫度會顯著影響電動汽車 (EV) 中鋰離子電池組的能效、安全性、壽命和性能。電池在快速充電（FC）中整體溫度高、溫差大，會導致性能下降，甚至出現熱失控等災難性故障。此外，電池組能量密度的增加限制了熱管理系統的空間，這些因素對新一代BTMS提出了更高的要求。

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成果掠影

近期香港科技大學邱惠和教授團隊開發了一種基于超薄熱接地平面的電池熱管理系統(UTTGP-BTMS)，采用0.4mm厚的新型UTTGP風冷散熱，將電池間隙的熱量散發出來，采用雙層高每英寸孔隙率 (PPI) 網格和潤濕性改性來提高 UTTGP 的熱性能。

在BTMS評估測試之前，電池在2.2C至4C快充條件下的發熱率通過Bernardi模型進行估算，然后，在 10°C 至 50°C 的環境溫度和 2.2C 至 4C的 快充條件下，通過實驗研究新型電池熱管理系統 (BTMS) 的熱性能。BTMS能夠將4C 充電率下55Ah磷酸鐵鋰電池的表面溫度維持在 42.7 °C以下，并且表現出良好的表面溫度均勻性。與采用銅散熱器的 BTMS 相比，熱阻大幅降低，同時，較高的孔密度在高C速率下也表現出更好的性能，該研究為電動汽車高功率電池熱管理提供了新的解決思路。

相關研究成果以“A novel battery thermal management system utilizing ultrathin thermal ground planes for prismatic Lithium-ion batteries”為題發表于《Applied Thermal Engineering》。

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圖文導讀

圖1 UTTGP的原理圖。(a)a UTTGP的橫截面示意圖，(b)a100mm×100 mm UTTGP的爆炸視圖。

圖2 掃描電子顯微鏡（SEM）照片，放大倍數(a)95×，(b)1200×，(c)15000×。

圖3 (a)在UTTGP-BTMS中使用的單個棱柱狀LFP照片。(b)UTTGP-BTMS的組裝。(c)UTTGP-BTMS的爆炸圖。(d)UTTGP-BTMS的開發組件照片。(e)恒溫腔室照片。(f)電池測試系統照片。

圖4 實驗裝置的原理圖。

圖5 (a)蒸發器溫度不同填充比、熱阻(b)、35℃環境溫度下(c)電池放電充電循環試驗下的比較。

圖6 #500 UTTGP-BTMS在2.2C充電下的熱性能：(a)電池表面溫度，(b)UTTGP-BTMS熱阻，(c)電池表面溫度不均勻率，(d)電池表面溫度的總體標準差。

圖7 UTTGP-BTMS與裸銅板BTMS的熱性能比較。

圖8 #500和#450 UTTGP-BTMS在不同環境溫度下的溫度不均勻率的比較：(a) 40℃，(b)35℃，(c)30℃，(d)25℃，(e) 20℃。

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審核編輯黃宇