双相变温度梯度宽温域锂电池热管理实验研究

王铁营; 刘松松; 苏远翔; 刘圣春; 石千磊; 徐超; 廖子轩

doi:10.12465/issn.0253-4339.20250316001

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双相变温度梯度宽温域锂电池热管理实验研究

更新时间：2026-01-21

- 双相变温度梯度宽温域锂电池热管理实验研究
- Experimental Study of Dual-PCM Gradient Thermal Management for Lithium-Ion Batteries with Wide Temperature Ranges
- 制冷学报 2026年页码：1-9
- 作者机构：
  
  1.天津商业大学机械工程学院天津 300134
  2. 华北电力大学能源动力与机械工程学院北京 102206
- 作者简介：
  
  刘圣春，男，教授，天津商业大学机械工程学院，13920682426，E-mail：liushch@tjcu.edu.cn。研究方向：相变储能及新能源利用；电池热管理；自然工质替代技术；制冷系统节能技术。Liu Shengchun， male， professor， School of Mechanical Engineering， Tianjin University of Commerce， 86-13920682426， E-mail： liushch@tjcu.edu.cn. Research fields： phase change energy storage and renewable energy utilization； battery thermal management； natural refrigerant alternative technologies； energy-efficient refrigeration system technologies.
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(52206274;52476085);国家重点研发计划(2022YFE0207600);天津市自然科学基金项目(23JCZDJC00250)
- DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250316001
  中图分类号： TB61⁺1;TM912
- CSTR：XXXXX.XX.XXX.20250316001
- 收稿：2025-03-16，
  
  修回：2025-04-14，
  
  录用：2025-04-15，
  
  网络出版：2026-01-04，
- 稿件说明：
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王铁营,刘松松,苏远翔等.双相变温度梯度宽温域锂电池热管理实验研究[J].制冷学报,

Wang Tieying,Liu Songsong,Su Yuanxiang,et al.Experimental Study of Dual-PCM Gradient Thermal Management for Lithium-Ion Batteries with Wide Temperature Ranges[J].Journal of Refrigeration,
王铁营,刘松松,苏远翔等.双相变温度梯度宽温域锂电池热管理实验研究[J].制冷学报, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250316001. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20250316001.

Wang Tieying,Liu Songsong,Su Yuanxiang,et al.Experimental Study of Dual-PCM Gradient Thermal Management for Lithium-Ion Batteries with Wide Temperature Ranges[J].Journal of Refrigeration, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250316001. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20250316001.

摘要

提出了一种基于石蜡/膨胀石墨/竹炭复合双层相变材料的锂离子电池被动热管理新方法。为解决现有相变材料温控范围有限的问题，构建了双相变温度（30 ℃/50 ℃）梯度结构，并结合膨胀石墨的高导热性与竹炭的多孔吸附特性，开发了具有双相变温度调控功能的复合相变体系。实验结果表明：在40 ℃环境温度和5 C大倍率工况下，采用双层相变材料的电池组温升（43.3 ℃）比无相变材料组（69.6 ℃）降低37.8%；在低温环境（-10 ℃和0 ℃）下，双层相变材料通过相变潜热释放与孔隙储热协同作用，拓宽了电池有效工作温度范围。该复合相变体系通过双相变机制实现了宽温域（-10~40 ℃）的智能热管理，为电池热安全调控提供了创新解决方案，具有显著的工程应用价值。

Abstract

In this study， a new method for passive thermal management of lithium-ion batteries based on paraffin/expanded graphite/bamboo charcoal composite bilayer phase-change materials is proposed. To solve the problem of the limited temperature-control range of existing phase-change materials， a dual phase-change temperature （30 ℃/50 ℃） gradient structure is constructed， and a composite phase-change system with dual phase-change temperature regulation is developed by combining the high thermal conductivity of expanded graphite with the porous adsorption properties of bamboo charcoal. Based on these the results， at 40℃ ambient temperature and under 5C large multiplication rate working conditions， the temperature increase of the battery constructed using the double-layer phase-change material was 37.8% lower than that of the battery constructed using the non-phase-change material group （43.3 ℃ vs. 69.6 ℃， respectively）； at low temperatures （-10 ℃ and 0 ℃）， the double-layer phase-change material extended the battery’s effective working temperature range through the synergistic effects of the latent heat release of the phase change and heat storage in the pores. The composite phase-change system realized intelligent thermal management across a broad temperature spectrum （–10 –40 ℃） via the dual-phase-change mechanism， providing an innovative solution for the thermal safety regulation of batteries， which has significant engineering application value.

关键词

Keywords

references

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