随着电动汽车与电化学储能技术的发展，锂离子电池因其高功率密度和长循环寿命特性，正日益成为可持续能源解决方案的重要组成部分[[1], [2], [3]]。然而作为热敏感装备，电池在充放电过程中面临日益凸显的热管理问题。研究证明，温度升高会对电池充放电效率产生不利影响。此外，研究已证实这些因素会加速电池材料的老化进程，进而导致电池容量衰减[[4], [5], [6], [7]]。更为严重的是，温度过高可能引发热失控等安全隐患，对用户安全构成重大威胁。因此，开发高效的电池热管理系统（BTMS）至关重要，该系统需确保电池工作在适宜温度范围内（工作温度低于40°C且温差不超过5°C）。这不仅对电池性能与寿命至关重要，更是保障电动汽车及其他应用整体安全性的关键要素[[8], [9], [10], [11]]。 目前，电池系统热管理最常采用的冷却策略可分为四种主要类型：即空气冷却、液体冷却、热管冷却及相变材料冷却[12]。其中空气冷却又可划分为两种典型分类：自然冷却系统与机械冷却系统[13]。自然冷却依赖于空气对流换热，具有成本低廉、结构简单的优势，但其散热效率相对较低[14,15]。作为动力电池的空气冷却方式，强制风冷提高了散热效率，但依赖风扇或泵进行强制空气循环可能导致系统能量损失[16]。研究已证实，与空冷系统相比，液冷系统展现出更优的散热效率，但其制造工艺复杂、成本较高、重量较大，且存在冷却液泄漏风险，同时电动泵还会消耗一定功率[[17], [18], [19], [20]]。热管被定义为一种具有极高导热性能的传热元件，其通过工作流体在完全密封的真空管内经历蒸发及后续冷凝过程来实现热量传递。热管的基本结构包含两个核心部分：蒸发段与冷凝段。此外，多数热管还设有起传输作用的绝热段，该结构通过维持蒸发段与冷凝段之间的适当间距，以满足热管的实际运行需求[21]。此外，热管可配置多个蒸发段、冷凝段及输运段。该技术具有高热导率、等温运行、结构可调、双向传热、热稳定性强及环境适应性强等优势，但也存在温度分布不均的局限性，常需与其他冷却方式联用[4,[22], [23], [24]]。 相变材料冷却可定义为在不改变物质温度的情况下改变其状态的过程。该过程伴随着潜热的释放或吸收，导致物质物理性质发生变化[[25], [26], [27]]。研究表明，该过程能吸收或释放显著数量的潜热，从而有效降低电池温度。2000年，Luo等人首次提出将相变材料应用于电池热管理系统（BTMS），并申请了相关专利。然而研究发现，所选相变材料较弱的导热性会导致电池工作期间熔化不均，进而影响系统性能。因此，后续研究者开展了大量实验设计[28,29]。 在Mohankumar Subramanian等人的研究中，Al2为提升纯石蜡的导热性能，研究人员将碳黑和膨胀石墨（EG）作为添加剂掺入其中[30]。在3C放电倍率下开展的实验测试表明，采用含铝复合相变材料（CPCM）的电池热管理系统（BTMS）3与纯相变材料模块相比，炭黑和膨胀石墨（EG）分别将最高温度降低了3°C、2.8°C和4°C，从而确保电池温度维持在40°C以下。Abid Hussain等人提出了一种用于Panasonic NCR 18650B圆柱形锂离子电池热管理的实验方法[31]。该方法采用以石蜡为基体、镍泡沫/铜泡沫为强化结构的复合相变材料。研究结果表明，在2C放电倍率下，使用铜泡沫/石蜡复合材料相较于室内空气对流和纯相变材料，分别实现了34%和25%的温度降幅。Lalan K. Singh等人对采用封装相变材料强制空气对流耦合的电池热管理系统进行了深入研究[32]。该研究重点关注温度与速度分布、电池温度（包括平均值与峰值）以及热均匀性特征。实验证明，在5C放电倍率与0.2 m/s流速下，对电池施加1 mm厚的相变材料层可使平均温度显著降低约33K。谢等人提出了一种新型混合电池热管理系统（BTMS），该系统整合了相变材料、微热管阵列技术与液冷技术[20]。在2C放电过程中，混合单元内的温度差从6.9°C降至3.9°C，温度均匀性得到显著改善。与未采用混合相变材料冷却的模块相比，最高温度从46.0°C降至39.8°C，降幅达13.78%。2O3, carbon black, and EG reduced the maximum temperature by 3 °C, 2.8 °C, and 4 °C, respectively, compared to the pure PCM module, thereby ensuring the battery temperature remained below 40 °C. Abid Hussain et al. proposed an experimental method for the thermal management of Panasonic NCR 18650B cylindrical lithium-ion batteries [31]. This method utilised CPCMs based on paraffin with nickel foam/copper foam. The findings demonstrated that utilizing copper foam/paraffin composites at a 2C discharge rate resulted in a 34% and 25% reduction in temperature, respectively, when compared to room air convection and PCM. Lalan K. Singh et al. have conducted a detailed investigation into a BTMS that employs encapsulated PCM in combination with forced air convection [32]. The investigation focused on temperature and velocity distributions, battery temperatures (both average and maximum), and thermal uniformity. It was demonstrated that, at a 5C discharge rate and an inflow velocity of 0.2 m/s, the application of a thick 1 mm layer of PCM to the battery led to a significant reduction in average temperature of around 33K. Xie et al. have proposed a novel hybrid BTMS that integrates PCM, micro heat pipe array technology and the use of liquid cooling [20]. In the 2C discharge process, the temperature differential within the hybrid unit diminished from 6.9 °C to 3.9 °C, with a considerable improvement in temperature uniformity. In comparison with the module without hybrid PCM cooling, the maximum temperature was reduced from 46.0 °C to 39.8 °C, a reduction of 13.78%. 此外，多种相变材料类型的广泛应用已被证实能显著提升电池热管理系统（BTMS）的热性能。Abid Hussain等人开发了一个三级相变材料系统的简化数值模型，该模型忽略了相变材料熔化阶段的自然对流效应[33]。研究发现相变速率显著加快，通过两种系统的对比表明，采用梯级潜热存储系统时能效提升效果显著。Indra Kumar Lokhande等人设计了一种采用分段式相变材料模块的先进冷却系统，每个模块包含不同类型的相变材料[34]。研究表明，在四个分段区块中使用不同相变材料，可将电池温度维持在319K，显著提升整个外表面温度分布的均匀性。与传统相变材料整块系统相比，基于相变材料的电池热管理系统在4C大电流放电工况下，既能将电池有效维持在安全运行温度范围内，又实现了系统重量减轻17.84%以及32%的（性能提升）。相变材料（PCM）的热吸收能力提升了59%。任红雷等人制备了多种具有均匀梯度排布的PCM板。实验结果表明，该PCM板在电池温度均匀性方面表现优异，且这种效应在高倍率放电过程中更为显著[35]。相较于均匀排布的相变材料，梯度排布方案在2C、2.5C和3C放电倍率下分别实现了55.6%、70.8%和77.4%的温差降幅。 综上所述，当前基于相变材料(PCM)的电池热管理系统(BTMS)研究聚焦于两个核心方向：通过复合改性解决相变材料导热效率低下的问题；以及探索PCM与空气/液冷、热管的耦合应用以拓展热管理范围。尽管这些方法效果显著，但通常会导致系统功耗/重量增加、引发可靠性问题、提高成本，最终阻碍工程应用。为解决这一问题，本研究提出了四种采用多级平行PCM结构的BTMS方案。其核心Objective包含两个维度：优化电池工作时的热分布；定量分析各类PCM参数（如厚度、导热系数、单元排列方式）对电池传热的影响。此外，研究还探究了多级平行结构对热失控的延缓作用，以验证所设计结构的实用性。
