1.1研究背景

能源紧张和气候变化使具有节能环保优势的电动汽车受到了全球的关注。电动汽车采用电能取代石油等化石燃料作为动力，是未来交通的唯一长远解决方案^[1]。动力电池作为电动汽车中主要的储能元件，直接影响着电动汽车的整车性能。然而长久以来，一直制约着动力电池发展的主要因素是电池充放电所产生的热量影响电池的整体性质。在动力电池热管理系统中，空冷、液冷、相变材料冷却是较为常用的 3 种冷却方式^[2]。其中，前两种是主动热管理，第三种是被动热管理。采用强制空气或液冷最为常用，但该系统需要风机、泵、加热器等附件^[3]，这使得结构庞大而复杂，同时也消耗电池能量。而相变材料是一种能够吸收和释放相变潜热的材料，在能量存储方面有重要的应用。

相变材料在发生相变的过程中，会吸收/放出大量的热量，利用这个特性，可以将其用于电池热管理系统，维持电池温度在合适的范围：当电池（电池组）的温度较高时，相变材料以潜热的形式将电池产热量储存起来，而当电池温度下降时（在低温环境下），则将这部分热量释放出来，从而使电池工作在一个比较良好的温度环境中^[4]。

相变材料应用于汽车热管理系统作为一个新的领域，有很大的研究价值。现阶段存在的问题是相变材料的导热性能太差，不能很好的保证电池组的温度满足工况要求；相变材料的存储方式需要复杂设计。

1.2研究现状

相变材料按其相变温度可分为高温相变材料（gt;200 ℃）、中温相变材料（100-200 ℃）和低温相变材料（lt;100 ℃）；按其材料结构可分为有机相变材料、无机相变材料和复合相变材料^[5]。电池最佳工作环境温度在20-40 ℃^[6]，因此，目前可用于电池热管理的相变材料包括水合盐、硬脂酸、聚乙二醇、石蜡等和以它们为基础物质的相变复合材料。

石蜡是一种比较常用的相变材料，具有储热密度高(约200kJ/kg)、相变温度范围广、过冷程度小、无相分离等优。但是，石蜡有一个致命的缺点:导热能力差(导热系数约0．2W/(m·K))，这极大地限制了其应用。为解决此问题，目前主要有两种途径:(1)添加高导热材料，如金属填料;(2)微胶囊化，增加比表面积，提高传热效率^[7]。

水合盐也是一种重要的相变材料，相比于石蜡，其相变潜热更大(一般都大于200kJ/kg)，导热性能也更好(约0．5W/(m·K))，并且价格低廉。早在1952年，研究表明结晶硫酸钠在32．4℃时的相变潜热高达254kJ/kg，自此，这种材料被广泛用于热能存储。但是，水合盐这种材料也有明显的缺点:(1)过冷现象明显;(2)多次循环后易发生相分离。虽然有研究表明，通过添加成核剂和增稠剂可以改善这两个问题，但同时又带来其它问题，如储能密度降低、结晶速率降低等^[8]。

脂肪酸，如月桂酸、硬脂酸等各种多元烷酸，是另一种重要的有机相变材料，其相变温度一般在30～65℃，相变潜热比石蜡稍低，大约在153～182kJ/。此外，各种不同组成脂肪酸的混合物也可用作相变材料，如Dimaano等研究发现癸酸和十二酸的化合物其相变点约在14℃，相变潜热根据两者比例不同，在113～133kJ/kg范围内可调，这种混合物可用于低温热能存储^[9]。