来源 | Applied Thermal Engineering

链接 | https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2026.130845

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背景

无人机用锂离子电池（LIBs）在高功率放电时产热显著，其最优工作温度为 20-35℃，电池组最大允许温差≤5℃，超温会导致容量衰减甚至热失控；现有电池热管理系统存在明显缺陷：空冷散热能力不足、液冷增加系统质量与复杂度、纯 相变材料相变后散热能力无法快速恢复，且现有混合 BTMS 多针对地面 / 大型平台，缺乏适配无人机轻量化、低能耗约束的方案，同时多参数耦合优化的研究仍不完善。

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成果掠影

近日，南京航空航天大学吴闽强联合清华大学杜鸿达团队针对无人机锂离子电池（LIBs）热管理中热性能与重量、能耗严苛约束难以平衡的行业痛点，提出PCM - 空气协同冷却的混合电池热管理系统（BTMS）；先通过单因素分析明确PCM 热导率、潜热的提升能改善冷却性能，电池间距（≤3 mm）、气流速度（≤4 m/s） 适度增加也有正向作用但过量提升收益递减，再开展 PCC 性能等级、电池间距、气流

速度的多因素多水平数值研究，随后采用熵 - 主观加权 TOPSIS 法 完成多目标优化，最终确定的最优配置实现电池最高温度降低 43.3%（维持在 46.8℃以下），且系统总质量仅增加 22.2 wt%，同时该研究构建了一套系统、可迁移的下一代 BTMS 设计优化框架，为无人机等轻量型航空平台的电池热管理提供了切实可行的解决方案。研究成果以“Design and multi-objective optimization of efficient UAV battery thermal management system using PCM–air synergistic cooling strategy” 为题，发表于《Applied Thermal Engineering》期刊。

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图文导读

图1、无人机电池混合热管理系统总体示意图。（a）无人机及其电池热管理系统。（b）未冷却的电池组。（c）LIB的混合热管理系统。

图2、网格独立性验证和数值分析的网格模型。

图3、电池发热验证[42]。

图4、不同水平因素对最高温度和温差的影响。（a）PCC的导热系数。（b）PCC的潜热。（c）电池间间距。（d）空气速度。

图5、PCC不同导热系数和空气速度下电池模块的温度分布。

图6、不同电池间距下电池模块的温度分布。

图7、每个电池的平均温度随时间的变化。

图8、四个评估指标的相关热图。

图9、各种指标权重的比较。

图10、TOPSIS评分分布。

图11、排名靠前的方案的性能特征。

图12、TOPSIS稳定性的α敏感性分析。