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热管技术在电动汽车电池散热方面的研究的文献综述

摘要 近年来，随着经济社会的高速发展，环境污染问题日益加重。传统内燃机相较于电动汽车受限于其自身的热效率，其弊端日益凸显。柴油机的热效率在40%左右，汽油机的热效率在20%-30%左右，效率较低且在未来难有在技术上的重大突破。因此，电动汽车因其高效率和环保型等优势映入人们眼帘。在电动汽车的研究中，锂电子电池的研究为新兴的研究领域。单体锂电池的输出电压较小，在电动汽车使用中，需要同时串/并联数十个或者数百个单体锂电池才能满足电动汽车的动力要求。在锂电子电池工作过程中，其本身会放出热量，当温度过高时，会引发电动汽车的失效。因此电池散热是极为重要的方面，直接制约了电动汽车的使用性能。国内外很多专家学者对热管对电池散热做了很多研究。本文就振荡热管的工质种类、充液率、热管的结构形式等方面对散热性能的影响做了一些总结与分析。

关键词：电池散热； 振荡热管； 工质种类； 充液率

1. 前言

电动汽车作为新兴的汽车种类，其动力电池是电动汽车最为关键的核心部件，自然而然电池的散热的状况是在研究电动汽车性能必须攻克的关键性问题。近年来研究表明，不同的热管种类、热管的充液率、热管中工质的种类以及热管的结构形式（长度、厚度）等都直接影响着热管的散热性能。现常用的的热管种类主要有振荡热管、重力型热管、烧结热管等。本文主要研究的是振荡热管。振荡热管又名脉动热管，主要由三部分组成：蒸发段、绝热段和冷凝段。其工作原理为工质在蒸发段受热蒸发并吸收热量，经绝热段传递至冷凝端冷却成工质，同时放出热量，如此循环往复。与传统热管相比，振荡热管具有体积小、加热方式灵活、换热效率高等优点，非常适用于小空间高热流密度（如电动汽车电池散热）场合散热，具有良好的应用前景。

1. 国内外研究现状

国内外对热管技术散热性能分析的研究都非常感兴趣，其实验研究结论也较多。近年来，国内外学者对热管做了大量的模拟分析和实验分析，但依然有待完善。其中，徐德好、刘向东等^[1]对板式脉动热管在面对不同的加热功率下的流体流型演化和相变传热性能进行研究分析，发现了泡状流、环状流、柱塞流是脉动热管的主要类型。Liu和Chen^[2]对平板振荡热管的热流体流动进行了相应的模拟数剧的数值分析，并得出了在相应的不同填充比下的平板振荡热管的气液两相流流型以及温度的分布情况。李培生等^[3]对振荡热管初始化情况和运行过程中气液两相的运动过程进行数剧模拟分析和仿真,其仿真数据发现：热管内液体往复循环的重要动力来自于液体工质产生的气泡和形态的变化。Zhao等人^[4]在双支路闭环振荡热管模型的基础上进行了数剧仿真实验，得出了不同热源模型下（非均匀脉冲热源模型、均匀脉冲热源模式和交替热源模式）振荡热管内部工质的运动的规律和传热原理。

2002年，Wu等人^[5]通过使用两根带铝翅片的热管进行锂电池散热的研究实验。实验中发现电池的温度大幅降低，电池表面温差发生很大的缩小。2010年，Jang等人通过使用回路型重力热管和风冷相结合的方法对功率较大的电池进行散热情况的研究。研究发现，当热管工质为水时，电池表面温度低于50度。当热管工质为丙酮时，电池表面的温度可在45度左右。

2013年，饶中浩等^[6][7]设计了通过利用烧结热管作为电池散热系统的热管理系统，通过实验数据分析发现在热负荷为50W的条件下，使用烧结热管能将系统的总体温度控制在50度以下，热负荷为30W的条件下，系统表面温差在五度范围内，以及在变工况和循环测试中，使用了烧结热管的热管理系统仍可以保持在合理温度区间内运行使用。

2014年，Thanh-Ha Tran等人^[8-9]通过把带肋片的热管仅靠在电池组的壁面，对于其散热情况，采用风扇进行散热，在电池组处在不同工况和不同放置角度情况下进行散热实验。实验结果发现，通过使用这两种散热方式，电池组在封闭环境中温度可以控制在50度以内，在电池组竖直放置的情况下其散热情况最好，平板式热管的结构更加紧凑。Q.Wang等人通过利用热管和液体冷却，将热管蒸发端插入电池单体间，将冷凝端在恒温水箱内进行散热处理。研究结果发现，这种散热方法在快充快放情况下同样可以将电池组温度范围保持在合理温度范围以内。