锂离子电池凭借其较大的能量密度和较长的循环寿命成为电动汽车理想的储能部件。随着应用场合的拓展,锂电池的能量密度与充放电倍率不断提升,对电池热安全性带来了更多的挑战。基于液体冷却与相变材料的耦合电池热管理系统是一种新型电池散热系统,能在较低的散热功耗下满足大功率电池组的控温需求,使电动汽车安全且高效地运行。本文首先设计了基于石蜡/膨胀石墨复合相变材料和强制液冷的耦合热管理系统,通过实验结合数值仿真的方法研究了耦合电池热管理系统的传热特性,揭示了液体冷却与相变材料的耦合控温机制。然后,对相变材料和液冷流体进行改性研究,分别采用高导热的柔性复合相变材料和高比热容的纳米相变乳液作为传统碳基复合相变材料和水冷流体的替代材料,实现了耦合热管理系统的性能升级。最后,针对液冷和相变材料耦合式电池热管理系统提出了一种延迟液冷新策略,提升了电池组高倍率放电时的均温性,并大幅降低了系统能耗。主要研究内容和结论如下:1、自主设计液冷与石蜡/膨胀石墨复合相变材料耦合的热管理系统,并建立了相关传热模型,系统地研究了液冷系统参数（进口温度、流量）与相变材料热物性（热导率、相变焓）对电池温度场的影响规律。研究发现,对于高倍率放电的锂电池,相变材料是控温的核心,具有高相变焓的相变材料能够利用其相变过程中恒温储热的特性将电池模组的温度控制在相变温度附近,从而有效抑制电池组的温升和温差;液冷能加速相变材料潜热的释放,对维持相变材料持续控温的能力具有关键作用。二者功能相互补充,缺一不可。此外,降低液冷流体的进口温度或提高流量可以有效抑制电池的温升,但是由于液冷流体与电池的接触面积有限,接触部位的温度明显低于电池其它部位,导致电池组表面温度分布不均,存在轴向温差和平面温差。填充在电池间隙的高导热复合相变材料不但增加了电池的散热面积,还作为传热媒介将吸收的热量迅速传递至液冷板,提高了电池组的均温性。通过对复合相变材料热物性的优化,发现当复合相变材料的密度一定时,其焓值和热导率存在竞争关系。对于储热密度较低的复合相变材料,提升相变焓相比提升热导率可以更有效地提升控温性能。2、针对商用间接接触式液冷系统将液冷板置于电池底部,导致电池存在较大轴向温差的问题,本文以石蜡（OP44E）为相变材料,六方氮化硼（h-BN）为导热增强剂,制备出一种高导热的柔性相变材料散热垫片并将其填充在电池间隙,有效改善了电池的均温性能。该相变垫片不但具有高相变潜热（148.3 J/g）和高导热系数（2.6 W/（m·K））,且在温度升至相变温度（41℃）以上时软化,可拉伸、压缩和弯折,弥补了传统相变材料机械性能差的缺点。高导热的柔性相变垫片在熔化时可大量吸收电池产生的热量,并加速热量向底部液冷板的传递,成功地将电池表面不同区域的温度控制在相变温度附近,从而有效降低电池的轴向温差。柔性垫片熔化时软化的特性也使电池与垫片的接触热阻大大减小,进一步强化了电池与垫片的传热效果。相比单一底板液冷系统,耦合热管理系统的电池组在5C倍率放电时的最高温度和最大温差分别降低了9.1℃和4.7℃。对柔性复合相变材料的热物性进行优化,发现当OP44E和h-BN的质量分数分别为60 wt%和20 wt%时,材料的导热性能最好,对电池的控温性能最佳。3、为了改善液冷系统的散热性能,降低液冷能耗。本文率先将过冷度低、流阻小的纳米相变乳液作为传统水冷液的替代材料应用于电池热管理系统中。纳米相变乳液是一种将相变材料分散至水中形成的潜热型功能热流体,同时具备相变储热和流动性,其表观比热容可达水的1.8倍。凭借高比热容的特性,乳液不但能在相同流量条件下吸收更多热量,抑制电池的温升,还能在相同的换热量下降低液冷板的进出口温差,进而提高电池的温度一致性。实验结果表明,电池组以9C倍率放电时的温度和温差相比水冷时分别降低了3.5℃和1.3℃。另外,虽然纳米相变乳液的黏度高于水,但基于乳液的冷却系统可以在低于水冷系统的流量下实现相同的控温目标,使液冷系统的泵功耗大大降低。4、冷却流体流经电池模块时不断升温,导致电池组沿流体流动方向存在较大温度梯度,是所有液冷系统存在的共性问题。因此,基于液冷与相变材料的耦合控温特性,本文提出了一种能够显著降低进出口区域电池温差的延迟液冷新策略,当电池温度低于相变材料的熔点时,液冷系统关闭,利用相变材料的显热对电池进行控温,当电池温度升至相变材料的熔点时,启动液冷系统,利用冷流体释放相变材料储存的热量。延迟液冷策略延长了单一相变材料被动控温的时间,减少了液冷系统的运行时间,使流体流动造成的进出口温差大大减小,液冷系统的能耗大幅降低。实验结果表明,相比传统冷却工况,采用延迟液冷策略的电池组以4C倍率放电时的最大温差由5.4℃降低为4℃,且液冷系统的运行时间减少了310 s。这种控温策略充分发挥了相变材料熔化时“均热”和强制液冷“散热”的优势,实现了主动式与被动式冷却的高效结合。