动力电池热管理技术：热传导原理及分析

热量的传递主要有三种基本方式：导热传热、对流传热与辐射传热。

（1）热传导

物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为热传导或导热。热传导的原理可用傅里叶定律来描述，即在热传导过程中，单位时间内通过给定截面的热量与垂直于该截面上的温度变化率和截面面积成正比。其数学表达式为

式中，Φ为热流量；λ为导热系数，是表征材料导热性能优劣的参数，单位为W/（m·K）；A为垂直于热流方向的截面面积，单位为m²；为温度在方向上的变化率；负号表示热量传递方向指向温度降低的方向。

对于单层平壁，若两个表面分别维持均匀恒定的温度t₁和t₂，壁厚为δ，则由傅里叶定律可推得：

式中，R为平壁导热热阻，单位为K/W；即或

（2）热对流

热对流是指流动的流体，包括气体和液体与其相接触的固体表面，具有不同温度时所发生的热量转移过程。对流换热以牛顿冷却公式为其基本计算公式，即对流换热量为

Φ=αAΔt （2-13）

式中，α为对流换热表面传热系数，单位为W/（m²·K）；A为换热面积；Δt为流体与壁面的温差，单位为℃。(www.xing528.com)

上式可改写成：

式中，R为对流换热热阻，单位为K/W，计算式为

对流换热是一种十分复杂的换热过程，流体的物性、换热表面的几何条件、流体物态的改变及换热面的边界条件等对对流换热过程都有影响。

（3）热辐射

当物体自身的温度高于绝对零度时，会对周围产生热辐射。经过长时间的探索，科研工作者给出了绝对黑体（简称黑体）的定义。单位时间内黑体对外的热辐射可用斯忒藩-玻耳兹曼定律来描述：

Φ=AσT⁴ （2-15）

式中，T为热力学温度，单位为K；σ为辐射常数；A为辐射的表面积，单位为m²。

因热辐射量较少，且热辐射数值模拟难度较大，在电池包热管理部件设计及仿真过程中，均未考虑热辐射。