리튬 이온 배터리는 높은 에너지와 높은 전력 밀도로 인해 전기 자동차 및 하이브리드 전기 자동차의 주요 전력 원이되었지만 높은 전력으로 인해 더 많은 열이 발생하지만 리튬 배터리는 온도에 너무 민감하거나 너무 낮습니다. 작동 온도는 배터리 성능 및 수명에 영향을 미칩니다. 극한 온도 상승을 관리하려면 효과적이고 컴팩트 한 열 관리 시스템 (TMS)이 필요합니다. 활성 TMS 및 수동 TMS는 널리 사용되는 두 가지 열 관리 기술입니다.
능동 열 관리에는 강제 냉각, 수냉, 히트 파이프 냉각 등과 같은 에너지 기반 열 관리 시스템이 필요합니다. 수동 열 관리는 자연 냉각 및 상 전환을 포함하는 에너지의 비 소모로 표시됩니다. 재료 냉각 등등.
능동 열 관리
Tran 등은 리튬 이온 배터리의 열 관리를위한 히트 파이프 모듈을 설계하여 환기 방법이 다른 히트 파이프가 HEV 배터리의 효과적인 열 관리 솔루션으로 판명 된 것을 발견했습니다 Greco 등은 히트 파이프 모델을 개발했습니다. 일차원 과도 열 모델 조합 회로. 이들은 리튬 이온 전지의 온도를 28 ℃로 52 ℃에서 과도 1 차원 모델을 사용하여 저하되는 것을 나타낸다. 모하마디 외 알루미늄 핀 발포체 인서트 리튬 이온을 냉각 세포.들은 방열판 내에 사용 후 알루미늄 폼, 알루미늄 발포체를 사용하지 않고 경우에 비해, 그 발견은, 리튬 이온 전지의 표면 온도가 상당히 감소된다. 조 외., 리튬 이온 전지를 냉각하기위한 액체 냉각 실린더를 이용하여. 이들은 유압 실린더 42 개의 원통형 배터리의 표면 온도는 40 ° C 이하로 유지됩니다. 히트 펌프, 라디에이터, 팬 어셈블리 등이 추가되어 위의 모든 능동 냉각 방식이 비용이 많이 듭니다.
수동 열 관리
상 변화 물질 (phase change materials)은 고효율, 소형화 및 경량이기 때문에 최근 주목을 받고 있습니다. 상 변화 물질 (PCM)은 잠열의 형태로 열을 저장하고 잠재 열원은 주로 물, 파라핀을 포함합니다. 잠재적 인 열 저장 동안 PCM은 거의 일정한 온도에서 액체에서 액체 또는 기체로 상 변화를 겪습니다 .PCM은 TMS 시스템에서 사용되며 일반적으로 다음과 같은 요구 사항을 가지고 있습니다 :
1) 적합한 상전이 온도, 상 변화의 큰 잠재 열, 적절한 열전도도 (일반적으로 큰);
2) 상 변화 과정에서 용융 현상이 일어나서 상 변화 매체의 화학적 조성을 변화시키지 않아야한다;
3) 상 전이의 가역성이 좋고, 과냉각도는 가능한 한 작아야하며, 성능은 안정적이어야한다.
4) 비 독성, 비 부식성, 비 오염성;
5) 안전성, 불연성, 폭발성 또는 산화성 열화의 사용;
6) 결정화 속도 및 결정 성장 속도가 빠름.
7) 물리적 성능 요구 사항 : 낮은 증기압, 작은 체적 팽창률, 높은 밀도,
8) 경제 성능 요구 사항 : 저렴한 원료를 구입하기 쉬운.
2018 년 '상 변화 물질로 포화 된 그래 핀 코팅 니켈 폼을 사용하여 리튬 이온 배터리의 열 관리'저널 논문 '열 과학의 국제 저널'에 발표 된이 논문, 과학 기술 아비드 후세인의 홍콩 대학의 한에서, 문헌은 흑연을 설명합니다 파라핀 재료 PCM 재료 케닐 니켈 도금 복합 우수한 특성. 전원 리튬 전지, 열 관리 시스템 1.7A를인가하는 방전 전류, 니켈 반면, 파라핀 왁스, GCN 발포 니켈 + 파라핀, 파라핀 왁스 + GCN에서 열 관리 결과를 발견 단지 17 %의 니켈 전지 표면 온도를 감소하여보다 포화 그라 도금 니켈 폼에 비해 니켈 폼의 용도.
1 필드 개요
일반 PCM 매우 낮은 열전도율 (0.1-0.3W / (m · K)). 회생 속도는 PCM의 낮은 열 전도도에 의해 영향을 받는다. 많은 기술들이 PCM의 열전도율을 향상시키기위한 문헌에 언급되어있다. 타라 등 그라 복합 재료는 순수 PCM의 열전도율을 향상시키기 위해 사용된다. 그들은 그라 / 파라핀 복합체의 열전도율이 45W / (막), 순수한 흑연의 열전도율이 0.2W / (막)는 도달 한 것을 알았다. 그들은 5 A의 방전 전류에서, 37 ℃에서 그라 핀 / 파라핀 복합체의 온도 상승없이 그라 핀 / 파라핀 복합체를 사용하는 리튬 이온 전지의 온도 증가가 16 ℃임을 관찰 하였다. Kizilel 등은 흑연 기재를 사용하여 온도를 증가시켰다. 열전도율. 이들은 흑연 파라핀 약 17W / (막)의 열전도율은 정상 온도 및 압력 조건 하에서, 리튬 이온 전지를 혼합 균일 PCM에 기여하는 것을 관찰 하였다. Aadmi 동부 알 금속 통체 고체 파라핀을 첨가함으로써 에폭시 수지의 열전도율은 3-4 배 증가되어있다. 그것들은 높은 저장 용량과 낮은 온도 상승을 달성 할 수있는 복합 재료의 왁스 함량을 증가시킴으로써 발견했다.
발포 금속은 PCM 열전도율 가능한 옵션이 향상된 것으로 밝혀졌다. 높은 기공률, 양호한 열적 물성, 기계적 강도, 금속 발포체의 중요한 특징이다. 리 외., 구리 발포체 파라핀 복합 연구의 사용 10AH 리튬 이온 전지 1C, 열관리 재료 대류 모드와 비교 모드 순수한 파라핀 발포체를 이용한 구리 복합체의 방전 속도 순수한 자연 대류 파라핀 : 그들은 두 개의 모드의 결과와 비교 된 열 성능을위한 그룹 관리 시스템. 낮은 배터리 표면 온도는 29 %와 12 %이었다. 후세인은 외., 니켈 전지 표면 온도 복합재 3.4Ah 리튬 이온 전지를 사용하여. 이들은 발견, 즉 천연 순수보다 2C 방전 속도, 각각 전지 표면 온도와 공기에서 파라핀 모드 다운 31 % 및 사 미미 등 파라핀 탄소 섬유 복합 재료의 후 24 %이며, 전지의 표면 온도 강하 15 ℃. 81~273% 열전도율 증가 하였다. 합성 순수한 파라핀 콘트라스트 열전도율 사바 등. 흑연은 파라핀의 열전도도를 높이기 위해 사용되며, 전기 히터를 배터리로 사용하고 흑연 - PCM 복합재의 사용으로 인해, 표면 온도는 5 % 감소된다. 파라핀의 열전도율을 향상시키기 위해 사용 Khateeb 외 알루미늄 발포체.들은 발견 통상 왁스 5 %보다 낮은 배터리 13.2Ah의 표면 온도.
이전 연구에서, 열 관리 리튬 이온 전지는 주로 그라 사용 - 흑연 복합체 재료 또는 발포 금속 (구리, 니켈 또는 알루미늄) / 흑연 재료 그라 열전도율이 매우 높고, 복합 (~을 2000- 3000W / (막)). 파라핀 니켈 및 니켈 피복층 그라 침지 향상 열전도율을 갖는다.
그러나 문제는 니켈, 단지 6 배 열전도율이며, 고온에서 흑연 - 폴리스타이렌 복합체 열 기계적 특성 (예를 들면, 인장 강도 및 압축 강도)이보고 여기 약해져 그라 핀 코팅 폼 니켈은 리튬 이온 배터리의 온도 관리 시스템으로 사용됩니다.
리튬 배터리 열 관리 시스템 재료 개요로 2 그래 핀 코팅 니켈 폼
이 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 리튬 이온 배터리의 열 관리에 새로운 열 관리 재료 (그래 핀, 금속 (니켈) 폼과 파라핀의 조합)를 사용합니다. 니켈을 사용하면 얻을 수있는 장점은 다음과 같습니다. 강도 및 인성 니켈의 기계적 특성은 섬유 / 입자로 니켈을 보강함으로써 향상 될 수 있습니다 탄소 원자는 니켈에 대한 용해도가 높기 때문에 니켈에 쉽게 용해되며 니켈 표면은 쉽게 형성 될 수 있습니다. 그러므로 패턴은 바람직한 기하학 그래 핀 패턴으로 정확하게 제조 될 수 있습니다. 폼 니켈은 그래 펜 합성에 적합합니다. 그래 핀은 다양한 다공성 재료와 우수한 상용 성을 나타냅니다. 그래 핀 기반 복합 재료는 복합 재료 그 자체보다 이점이 있습니다. Zhao 등은 그라 핀 복합체 (폴리 비닐 알콜 및 그래 핀 나노 시트)의 영률 및 기계적 성질이 약 10 배 개선되었으며, 150 %. 발포 니켈에 그라 핀을 성장 시키면 GcN 폼이 더 단단해진다 (0.05g / L의 그라 핀 첨가, Ni 폼 경도는 1.2 배) .GcN 폼의 사이클 성능 우수 (3mA / cm에서 10,000 사이클 후 98 %의 용량 유지율).
화학 기상 증착법을 사용하여, 발포 니켈 코팅되는 그래 핀의 성장을 완료하는 포화 그라 피복 니켈 폼 (GCN) - 본 연구에서, 열 관리는 새로운 재료를 사용한 리튬 이온 전지에 의해 달성된다. 순수 파라핀 왁스와 비교 GCN 발포체 열전도 파라핀 왁스, 이상 23 회. 고체 파라핀 상 변화 물질합니다 (PCM)로 사용되는 순수 파라핀을 첨가하고, 수득 된 파라핀은 용융 온도를 증가 GCN 발포체를 첨가 순수 파라핀 왁스의 고형화 온도보다 낮은, 잠열 및 비열 GCN 발포 파라핀의 첨가는 리튬 전지의 재료에 각각 30 %, 34 %로 비교 응용 결과 감소 열관리 5 종류 : 고체 니켈 파라핀, GCN은, 17 %의 포화 PCM 그라 도금 니켈 폼 전지 온도 상승을 사용하여, 발포 니켈 1.7A의 방전 전류와 비교 니켈 + 파라핀, 파라핀 왁스 + GCN 발포.
3 결론
니켈 폼은 증착 기술 그라 코팅 화학 제제를 사용하여 제조. 발포 니켈 그래 핀 층의 두께는 1 ~ 2 나노 미터이다. 파라핀은 상기 상 변화 재료는 파라핀 케닐 함침 그라 피복 흑연 침지 니켈 발포 니켈 코팅 및 리튬 이온 전지 온도 관리의 경우에는 그 적용의 열적 특성은 주요 결과는 다음과 같이 요약된다.
1) 측정 펄스 레이저 포화 파라핀 그라 발포 니켈 복합 코팅 및 복합 발포 니켈 파라핀 파라핀 상기 지지체 물질의 열전도를 이용. 그 결과를 표시하는 그라 피복 니켈 폼 열전도율 순수 파라핀 23 배 증가하고, 순수 니켈 폼 파라핀의 열전도율은 6 배 증가 하였다.
2) 순수 파라핀 복합재에 비해 그래 핀이 포화 발포 니켈 및 니켈 파라핀 화합물 복합 재료 용융 온도와 냉동 온도를 관찰 도포하고 (발포 니켈 파라핀 그라 코팅 / 포화 발포 발포 니켈) 융점 및 빙점 온도 증감 니켈 폼의 파라핀이 상호 작용의 결과로서.
3) 순수 파라핀 잠열에 비해 포화 파라핀 발포 니켈 코팅 그라 복합 잠열이 30 % 감소된다. 이것은 파라핀 질량 분율을 감소 그라 피복 복합 발포 니켈 파라핀 결정의 포화에 기인 . 파라핀 복합 재료의 고유 열 용량이 물질 16 %, 파라핀 12 % 덜 순수한 고체 및 액체 상태의 니켈 파라핀 비 발포된다. 의한 발포 금속의 작은 공동의 존재 질량을 감소하고, 니켈 코팅 된 그래 핀을 포화 파라핀 비열 용량이 35 %, 34 % 상태로 복합 재료의 순수한 고체 및 액체 파라핀에 비해 작았 다. 이유는 순수 PCM 금속 프레임 (니켈 발포체 및 그라 핀으로 코팅 된 니켈 폼)에 비해 작은 열용량이 있다는 것이다.
4) 마지막으로,이 연구는 애플리케이션 개발 재료 (즉, 리튬 이온 전지의 열 관리)도 연구되고 네 개의 추가 열 관리 물질을 비교, 즉, 니켈 폼, 그라 코팅 니켈 폼, 파라핀 왁스 등을 포함 파라핀 니켈 폼은 방전 전류 1.7A, 단지 17 %의 니켈 전지 표면 온도를 감소하여보다 포화 그라 도금 니켈 폼을 저하.
