來源：Journal of Power Sources原文：https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.233726
無人駕駛飛行器正在民用和軍用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于電池功率密度高、壽命長、周期穩(wěn)定，因此被普遍用作無人機的主要能源。高功率密度的電池會在巡航過程中產(chǎn)生巨大的化學(xué)熱反應(yīng)。一旦電池的最高溫度超過其安全運行溫度，將導(dǎo)致電池退化，容量減小、熱失控和爆炸。因此，提高無人機高功率密度電池的散熱能力具有重要意義。
近期，西北工業(yè)大學(xué)汪輝老師團隊提出了一種新型輕質(zhì)便攜式無人機電池散熱定向換熱結(jié)構(gòu)。高導(dǎo)熱石墨烯紙將電池產(chǎn)生的熱量定向傳遞到緊湊的鋁翅片上，然后在巡航過程中通過冷卻空氣對流帶走傳遞的熱量。研究結(jié)果表明，與無定向傳熱結(jié)構(gòu)的電池相比，有定向傳熱結(jié)構(gòu)的電池最高溫度降低34.00 %，無人機巡航時間可延長253.33 %。隨著巡航速度從10 m/s增加到50 m/s，海拔高度從0m增加到8000 m，定向傳熱結(jié)構(gòu)電池的最高溫度分別降低了15.13 K和11.42 K。上述結(jié)果為無人機電池冷卻裝置的設(shè)計提供了指導(dǎo)。研究成果以“A novel battery thermal management system for an unmanned aerial vehicle using the graphene directional heat transfer structure”為題發(fā)表于《Journal of Power Sources》。
圖1 無人機的主要零部件及散熱結(jié)構(gòu)。
圖2 實驗過程示意圖。(a)實驗方案，(b)實驗儀器。
圖3 模擬無人機模型的邊界條件。
圖4 巡航高度對定向散熱結(jié)構(gòu)無人機電池散熱性能的影響。(a)無人機在不同巡航高度和電池在不同巡航高度的溫度分布，(b)無人機的最高溫度隨巡航高度的變化，在不同巡航高度的(c)流輪廓。
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