成果简介
由于无人驾驶飞行器（UAV）的重量和空间限制，累积的化学放热反应会降低电池性能，这就需要一种轻巧便携的热管理系统。本文，西北工业大学汪辉 副教授团队在《Journal of Power Sources》期刊发表名为“A novel battery thermal management system for an unmanned aerial vehicle using the graphene directional heat transfer structure”的论文，研究研究提出了一种新型轻质便携式定向传热结构，用于无人机电池散热。高导热性的石墨烯纸将电池产生的热量定向转移到紧凑的铝翅片上，然后在巡航过程中通过冷却空气的力对流将转移的热量带走。
讨论了巡航速度和高度对定向传热结构散热效率的影响。结果表明，与无定向传热结构的无人机相比，采用定向传热结构的无人机电池最高温度降低了 34.00%，巡航时间延长了253.33%。当巡航速度从 10 米/秒增加到 50 米/秒，飞行高度从 0 米增加到 8000 米时，采用定向传热结构的电池的最高温度分别降低了 15.13 K 和 11.42 K。上述研究结果为无人机高效电池冷却装置的设计提供了指导。
图文导读
图1.无人机主要部件及散热结构。
图2.实验过程示意图。（a） 实验方案，（b） 实验仪器。
图4.无人机中的温度随飞行时间变化。
图5.巡航速度对定向散热结构无人机电池散热性能的影响
图6.巡航高度对定向散热结构无人机电池散热性能的影响.
小结
针对大功率无人机电池的散热问题，设计了一种由石墨烯结构和铝翅片组成的轻质散热强化结构。原无人机电池结构在 900 秒时达到工作温度上限 363 K，安装轻型定向散热增强结构后，900 秒时电池温度仅为 332 K，电池最高温度降低了 31 K。与传统散热结构相比，本文设计的轻型定向散热结构大大提高了散热效率。电池组的最高温度和温差明显降低。当巡航速度从10 m/s逐渐增加到50 m/s时，电池组最高温度从363.26 K降低到348.13 K，最大温差降低了15.13 K。当巡航高度从0米逐渐增加到8000米时，电池最高温度从 348.33 K 下降到 336.91K，电池最高温度降低了11.42K。在不同速度和不同高度下，轻质定向散热结构可将温度从550K降低到电池工作温度上限以下。
这证明轻型定向散热结构在不同工作条件下都具有良好的可靠性。由于石墨烯和铝翅片具有轻质高导热的特点，两者组成的散热装置具有结构简单、稳定可靠、散热效率高等特点。因此，本文所述的轻型定向散热装置在尺寸稍作调整后，即可应用于各种发热量大的电子器件的高效散热。它可以为航空电子设备的散热设计提供指导。
文献：https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.233726
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