沸騰是指液體內(nèi)部產(chǎn)生氣泡進行汽化的過程。這是一種非常有效的散熱方法。它傳熱速率高，要求傳熱溫差小。沸騰冷卻用于大功率電子元件的熱管理，也用于內(nèi)燃機冷卻。沸騰傳熱電池?zé)峁芾矸椒ㄓ型鉀Q鋰離子電池?zé)崾Э貑栴}波音 787 飛機輔助動力艙中的模塊。池沸騰是沸騰換熱裝置使用的主要物理機制，將沸騰控制在設(shè)定的沸程范圍內(nèi)非常重要。由于波動和不確定的傳熱負載，控制沸騰間隔非常具有挑戰(zhàn)性，因此在電池?zé)峁芾碇?，必須實時調(diào)節(jié)沸騰過程。沸騰受流體與發(fā)熱體結(jié)合方式、表面粗糙度、系統(tǒng)壓力等因素的影響。沸騰傳熱分為池內(nèi)沸騰和管內(nèi)沸騰。隨著傳熱功率和溫差的增加，池沸騰進一步分為四個區(qū)：自然對流區(qū)、核態(tài)沸騰區(qū)、過渡沸騰區(qū)和薄膜沸騰區(qū)。
圖 1 - 水池沸騰時表面熱流與表面過熱度之間的關(guān)系
沸騰冷卻在單體電池?zé)峁芾碇械膽?yīng)用還處于初步實驗階段，研究者寥寥無幾。荷蘭van Gils等人。使用實驗方法研究池沸騰控制電動汽車電池?zé)嵝阅艿哪芰Α?/font>選用不導(dǎo)電的Novec7000作為沸騰工質(zhì)（化學(xué)成分為C 3 F 7 OCH 3 ，純度99.5%，1-甲基7-氟丙烷，標準條件下沸點34℃）。
他們的實驗分為以下四個部分：沸騰介質(zhì)的選擇、冷卻能力的測試、溫度均勻性的測試、沸騰過程的控制。第一步，將電池完全浸沒在1個大氣壓的工作介質(zhì)中（1個大氣壓=1.01325×10 5霸）。工質(zhì)裝在雙壁容器內(nèi)，兩壁之間通有恒溫水，對沸騰的工質(zhì)進行預(yù)熱。同時使用溫度傳感器測試電池頂部、底部和中部溫度，以及環(huán)境溫度和工作液溫度，并進行5C恒流放電實驗，測試Novec7000液冷散熱能力，并與風(fēng)冷對比。結(jié)果如圖 2(a) 所示。放電末期，電池溫升小于5℃，液體不開始沸騰，傳熱方式為自然對流。第二步，利用裝置上的容積/壓力控制活塞來控制容器內(nèi)的壓力，溫度傳感器用于測量電池頂部和底部的溫度以及液體的溫度。首先進行了電流大小為5A的長時間脈動充放電實驗，周期為180s。此時電池的發(fā)熱率達到最大值，用于測試沸騰冷卻的均熱能力。當(dāng)容器壁溫為33℃并進行沸騰冷卻時，電池頂部和底部的溫度幾乎相等，如圖2(b)所示，表明沸騰冷卻具有很強的均熱能力. 沸騰過程受容器內(nèi)壓力的影響，降低壓力可以增加沸騰的強度，這表明，原則上，調(diào)節(jié)壓力可以有效及時地控制沸騰。在電池不同產(chǎn)熱負荷的情況下，需要調(diào)整合適的壓力進行冷卻控制。
圖 2 - 沸騰冷卻結(jié)果
對于電池組的液體沸騰冷卻，目前國外還沒有人進行過相關(guān)研究。溫度一致性問題在大電池包中更為突出。中間某個部位過熱，不僅會逐漸增大整個電池組的溫差，大大降低循環(huán)壽命，還會進一步增加電池的產(chǎn)熱，引起熱失控。沸騰冷卻在可控溫度和均勻受熱方面具有很大優(yōu)勢，且控制方便靈活，沸騰冷卻在大型電池包熱管理中的成功應(yīng)用前景廣闊。