金属蜂窝芯与相变材料协同增强电池热管理系统的传热性能及机理研究

本文提出一种结合金属蜂窝芯（MHC）与相变材料（PCM）的混合型电池热管理系统（BTMS），通过双向热传导结构有效抑制锂离子电池（LIB）的局部热累积与热惯性限制。研究表明，PCM-MHC系统在3C放电时峰值表面温度降低42%，最大温度梯度控制在2°C以内，显著提升温度均匀性与相变调控效率，为高能量密度电池包的热管理设计提供创新解决方案。

　　

温度分布

图7a)-c)展示了三种热管理模式（自然对流、仅PCM、PCM-蜂窝芯）在不同放电倍率（1C、2C、3C）下电池组的最高温度（T_max）变化。结果显示，在1C放电时（图7a），PCM-蜂窝芯系统与纯PCM系统均显著降低了电池组的温升速率。放电初期，PCM通过相变吸热有效抑制了电池温度（T_r）的上升。随着放电进行，纯PCM系统因热导率不足导致热量累积，而MHC的加入加速了热量从电池表面向PCM外部的传递，使温度分布更加均匀。在2C和3C高倍率下，PCM-MHC系统的T_max分别降低3.1°C和5.2°C，且最大温差始终控制在2°C以内，显著优于纯PCM系统（＞2°C）。

结论

本研究构建了PCM-MHC的相变传热模型，并模拟了不同冷却策略下电池组的热管理性能，结果凸显了MHC结构在电池热管理中的关键作用：

1. 1.

   MHC的引入提升了电池组的散热能力，延迟了PCM相变起始时间（t_onset），同时降低T_max并改善温度均匀性；

2. 2.

   在2C和3C放电时，采用26 mm孔径MHC的电池T_max显著降低，且液相分数始终控制在≤20%，有效延缓PCM熔融进程；

3. 3.

   环境温度升高会加速PCM熔融并缩短其吸热极限时间，表明系统性能受环境热载荷影响显著。