综述：相变材料与液冷耦合的电池热管理系统建模与仿真研究进展：性能提升、可持续性与未来需求

《Journal of Energy Storage》：A state-of-the-art review on modelling and simulation of battery thermal management system using phase change material and liquid cooling: Enhancing performance, sustainability, and future research needs

本文系统评述了相变材料(PCM)与液冷协同的电池热管理系统(BTMS)在电动汽车(EV)领域的创新应用，重点探讨了通过计算流体力学(CFD)优化高导热冷却板、纳米增强PCM等复合架构的解决方案，为提升锂离子电池(LIB)在25-40°C工作区间的热安全性提供理论支撑。

　　

引言

在电动汽车(EV)爆发式增长的背景下，锂离子电池(LIB)作为核心动力源面临严峻的热管理挑战。研究表明LIB最佳工作温度需维持在25-40°C区间，超出该范围将引发容量衰减或热失控(Thermal Runaway)风险。相变材料(PCM)凭借其潜热吸收特性，与液冷系统(Liquid Cooling)形成优势互补的混合BTMS，成为解决高能量密度电池组温度不均问题的关键技术路径。

建模与仿真突破

混合BTMS建模需同时考虑PCM的相变传热方程与液冷系统的对流换热模型。最新研究表明，采用石蜡基复合PCM搭配微通道液冷板时，电池组最高温度可降低2.46°C，压降减少22.14Pa。数值模拟中，通过引入纳米颗粒(^Al₂O₃)可将PCM导热系数提升300%，但需注意纳米流体黏度增加带来的泵功损耗。

材料创新与优化

当前研究聚焦三大方向：

1. 1.

   高导热PCM开发：通过嵌入金属泡沫/石墨烯将导热系数提升至15W/(m·K)

2. 2.

   智能封装技术：采用膨胀石墨基体防止PCM熔融泄漏

3. 3.

   冷却板拓扑优化：仿生分形流道设计使换热面积增加40%

挑战与展望

尽管混合系统展现优势，仍存在PCM相变滞后、系统复杂度增加等瓶颈。未来研究应关注：

• •

  多物理场耦合算法开发

• •

  基于机器学习的动态温控策略

• •

  可循环生物基PCM材料

结论

PCM-液冷混合BTMS通过协同潜热吸收与强制对流，显著提升电池组温度均匀性。随着复合相变材料与微流道技术的进步，该系统有望成为下一代EV热管理标准解决方案，但需在成本控制与系统集成方面持续突破。