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相变材料,吸热放热过程,系统温度平稳,可以达到近似恒温的效果,已经在很多领域得到应用。大功率电力电子器件的冷却,太阳能系统的冷却,建筑材料,工业余热利用,家用车用空调系统以及锂电池的热管理系统。
相变材料的两个指标参数,相变潜热和相变温度,基本圈定了一种材料所能适用的环境类型。相变潜热越大,材料保持环境温度恒定的能力越强。
应用于热管理场合的相变材料一般需要满足几个条件。首先,材料热密度高,潜热量大;其次,导热率高,吸热放热过程迅速;再次,稳定性好,不容易分解以及与周边材料发生副反应,使用周期长,不会对系统造成不良影响;最后,价格低廉。
相变材料的种类
导热相变材料可以分成无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料三种。
无机相变材料
主要指无机水合盐相变材料,其相变潜热大,熔解温度高。主要的无机相变材料:CaCl2·6H2O、Na2SO4·10H2O、CaBr2·6H2O、CH3COONa·3H2O 等。无机相变材料虽具有导热系数大、价格便宜的优点,但存在过冷、相分离及腐蚀性强等缺陷。
有机相变材料
多种有机物的混合体,不同晶型和不同高分子支链结构的组合,带来不同的恒温范围。这也造就了有机相变材料的一个显著优点,能够通过不同种类材料的混合达到调节相变温度的目的;其另一个优点是,凝固时无过冷现象。石蜡和各种酸酯都属于有机相变蓄热材料。有机相变储能材料主要包括固-液相变、固-固相变、复合相变三大类。
锂电池热管理系统对相变材料要求
1、相变温度低,需要适应锂电池的更佳工作温度区间15℃-35℃;
2、材料相变温度小范围内可以调节,不同类型电芯的更佳工作温度区间并不完全一致;
3、材料定型形态,相变前后,更好不要出现液态气态相;
4、材料潜热大,则系统恒温能力强;
5、材料绝缘性好,避免高压系统出现绝缘漏电风险。
6、相变材料质量密度低,减小对电池包能量密度的影响。
满足上述要求的相变材料体系其实并不多,其中石蜡-膨胀石墨是当前研究较多并且最接近具体应用在锂电池的一种。
石蜡-膨胀石墨应用案例分析
相变储能材料在锂电池热管理系统中的应用,最早可以追溯到2004年,第一次应用于电动踏板车的温控系统。此后,石蜡-石墨复合材料,石蜡-膨胀石墨复合材料逐渐被应用于锂电池热管理系统。
石蜡-膨胀石墨复合材料,石蜡作为相变材料,负责热量的吸收和储存,实现温控功能。石墨,具备微观多孔结构。当石蜡相转变成液态,石墨起到完美的吸附作用,避免材料出现液体状态。
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