翅片参数对热管式动力电池模组散热性能的影响

针对动力电池模组在高放电倍率下由于散热不足引发的热安全性问题,以某方形锂离子电池为研究对象,设计了铝热管-铝板嵌入式电池热管理散热结构. 建立4因素3水平的正交试验方案,采用极差法和层次法相结合的分析方法,研究自然对流条件下电池模组的散热性能,分析了3C倍率放电时热管冷凝段翅片数量、翅片位置、翅片间距以及翅片尺寸的多参数耦合对电池模组最高温度的影响. 结果表明,翅片各参数对电池模组最高温度的影响权重主次顺序依次为：翅片数量翅片尺寸翅片位置翅片间距,翅片最优参数组合为A3B2C3D3. 在自然对流环境下,适当减小翅片间距既可保证散热效率又有利于电池散热系统的紧凑性. 同时对比分析不同对流换热条件对散热的影响,当翅片对流换热系数为55 W·m-2·K-1、翅片间距为9 mm时,即使在3C倍率加速工况放电时,电池模组的最高温度为40.57 ℃,最大温差为3.89 ℃.     

能源地下综合管廊热力响应特性现场试验

能源管廊是基于土壤源热泵系统地埋管换热器和地下综合管廊提出的一种新型能源地下结构。该文依托焦作市龙源路地下综合管廊工程,在管廊底板中铺设换热管形成能源管廊底板,实测进/出口水温及管廊底板温度、应变等变化规律,探讨不同运行模式条件下能源管廊底板换热性能与热力响应特性。现场试验结果表明,换热过程中管廊底板不同位置的温度基本一致,但是温度应力存在差异;横向温度应力大于纵向温度应力,且横向温度应力由北至南逐渐变小;纵向温度应力中部位置大,两侧小;夏季散热工况受到最大热致压应力为1.35 MPa,冬季取热工况受到最大热致拉应力为0.89 MPa,均未超过管廊底板混凝土的强度值,换热过程不会影响管廊底板的结构安全;能源管廊底板的单位管长换热功率随进水温度的升高而增大;600 L/h流量条件下换热功率最高,间歇运行相比连续运行可以提升换热功率;不同的初始温度将导致换热功率出现巨大差异,冬季取热工况换热功率低于夏季排热工况换热功率。     

新型锥体热沉射流散热器散热性能的实验研究

文章针对高热流通量的大功率器件,提出了一款新型锥体热沉射流散热器,通过在底板上增设锥体热沉,增大换热边界层面积,实现高效换热;构建了一套实验系统,通过改变冷却水流量、热源输入功率等工况,对其开展了散热特性实验研究。实验结果表明,该新型锥体热沉散热器可以对大功率热源实现快速冷却,当总散热功率达到900W(热流密度9.9W/cm2)时,采用7L/min的冷却水流量,可以将热源温度降至65℃以下,并且冷却水流量为影响散热器散热性能的主要因素,流量越大,散热效果越好。     

石蜡/膨胀石墨复合相变材料耦合热管电池热管理性能研究

为了改善相变材料用于电池热管理导热率较低的问题,制备了不同含量的石蜡（Paraffin, PA）-膨胀石墨（Expanded Graphite, EG）复合相变材料,在相变储能单元中使用PA-EG复合相变材料包裹热源并耦合热管增强其散热能力。使用方形发热源模拟高密度能量电池充放电时的发热,在不同发热功率下探究不同EG含量的PA-EG复合相变材料耦合热管的热管理性能。实验结果表明,发热功率较低时,各相变材料热管理性能相当,发热功率较高时,更高的EG含量将带来更高的导热率以及更好的热管理效果。在EG含量为5%时,PA-EG复合相变材料导热率可提高至纯石蜡的6.36倍,实验中最大降温幅度可达7.6%,相变储能单元中温差峰值为纯石蜡散热系统温差峰值的37.7%。当EG含量较低时,PA-EG复合相变材料未熔融时呈现固态,导热率呈现各向同性,但当PA熔融后,PA-EG复合相变材料总体呈现液态,出现较强的自然对流换热,将导致储能单元内温度分布不均,容易导致电池表面温度不均产生应力,因此EG含量不宜低于5%。     

锂离子电池的热效应分析

以26650型圆柱形磷酸铁锂离子电池为原型,建立电化学-热耦合模型。研究放电倍率对电池热行为的影响。结果表明:低倍率下电池处于吸热状态,电池内部温度反而低于外部;高倍率下电池一直是放热状态,内部温度一直高于外部。为了控制高倍率放电过程中电池模块的温度,比较讨论风冷散热和相变材料散热系统,最终发现具有0.01 m/s的微胶囊型相变材料散热系统降温效果最为显著,电池模块温度被控制在50℃以下。     

基于无机超导热管的车用锂离子电池组散热性能

针对目前车用锂离子电池散热困难等问题,以10A.h车用动力锂离子电池组为研究对象,基于无机超导热管散热方法建立电池组三维热仿真模型,在不同工况下对用不同直径的无机超导热管进行模拟仿真。仿真结果表明:达到稳定状态后,无机超导热管散热方式能确保电池单体的温度控制在20~50℃;当放电电流为10 A且放电时间为10 min时,无机超导热管散热后的车用锂离子电池温度不超过48℃,散热效果较好,满足设计要求。     

基于液冷的锂离子动力电池散热结构优化设计

针对锂离子电池单体成组后温度场的非均匀性导致的热不一致性问题,以及高温下电池单体间的热交互引发的热安全性问题,采用仿真与试验相结合的方式,基于锂离子电池生-传热机理,设计了电池单体单独成组、电池单体之间夹隔泡沫棉、电池模组底部布置液冷板3种递进式散热方案,并对液冷板进行了优化设计.采用有限元软件STAR-CCM+,仿真分析了3种方案下电池模组在不同放电倍率时的温度分布.结果表明:增加泡沫棉可减少电池间的热交互,进而提高电池单体间的热均衡性.在结合泡沫棉、导热板以及优化后(采用液冷管道串-并联组合方式)的液冷系统散热条件下,电池模组以2C倍率放电时最高温度为35.08℃,最大温差仅为4.85℃.研究结果可为电池热管理散热系统结构设计提供一定的理论基础.     

微热管阵列应用于锂电池模块的散热实验

锂离子电池在大功率应用下的热控制和热管理已成为制约电动汽车商业化的瓶颈,为解决此问题,运用微热管阵列设计锂电池模块散热系统,在开放条件下对电池模块进行恒流18 A(1 C)和36 A(2 C)充放电测试,通过测量布置微热管阵列前后电池表面温度可知:在1C和2C充放电倍率下,散热系统能够有效的降低电池模块的温度及电池间温度差异,将温度和温度差值分别控制在40℃与5℃之内,可以解决温度对电池寿命和容量的影响问题.基于实验数据,对其中一2 C工况热量进行了计算,得到通过微热管阵列的对流散热量达到模块生热量的40％.     

动力锂离子电池充电过程热模拟及影响因素灰色关联分析

针对不同充电工况,建立动力锂离子电池充电过程三维热模型,并对不同对流传热系数、辐射系数、环境温度和充电电流等影响因素下动力锂离子电池充电过程产热和散热机理进行模拟.研究结果表明:动力锂离子电池内部升温速率在充电电流增大到某值前基本不变,随后将随充电电流增大而增大;环境温度越高,充电完毕后动力锂离子电池内部温度越高;强制换热时,辐射系数的变化对电池内部温度影响不大,而自然对流换热时,热辐射对内部温度影响明显;充电电流关联度(0.792 53)＞环境温度关联度(0.658 04)＞对流换热系数关联度(0.633 88)＞热辐射系数关联度(0.511 03).     

数据机房热管散热器结构设计与性能分析

该文设计了一种用于数据机房散热用的热管散热器,建立了数值分析模型,通过热分析软件ICEPAK,对其使用时的温度分布、流速分布进行了数值模拟分析。采用热力学理论,对其换热性能进行了计算,得出其换热功率可达900～1000W。并通过试验进行了验证。     

热管在新能源装置电池包的热管理研究

为保障新能源电池的安全、高效运行和长循环寿命,需要对电池包进行有效热管理.利用高导热性的热管制备了散热装置来对锂离子电池包进行热管理,并在电池循环充放电条件下,研究3种散热方式的热影响规律.结果表明,热管散热装置能有效降低电池包的温度,同时减小电池包内各个电池间的温差;与自然对流散热条件相对比,在强制对流条件下加装热管散热装置能将电池包内最高温度从78.1℃降低到48.6℃,电池包内外电池间的温差也保持在2.5℃以下.     

低参数下试验回路主热交换器换热能力分析

燃料组件在高温高压试验回路中的稳态辐照考验是揭示燃料抗辐照性能以及验证新型燃料组件在投入工程应用前安全性的必经阶段。本文主要针对高温高压稳态考验,研究了低参数工况对高温高压试验回路主热交换器换热能力的影响,研究表明,两台主热交换器并联运行时的总换热功率并非总是高于单台独立运行,在一次水入口相对流量40%和温度330°C下,两台主热交换器并联运行的功率反而较单台运行时低3.9%~4.3%。同时存在一个流量转折点,在该流量转折点之上,两台主热交换器并联运行才具有实质意义。本文建立了通过分段拟合求解流量转折点的方法,整体求解了在不同一次水入口温度下的流量转折点,通过拟合求解与计算求解获得的流量转折点平均差异为0.6%,而对应的换热功率平均偏差为1.8%。并且进一步提出在低参数运行工况下,可以采用主热交换器串联的方式解决换热功率不足的问题,在一次水入口温度250°C时,串联运行时的换热功率要较单台或两台并联运行时的最大功率平均高出77.5%。     

基于电机余热回收的电动汽车综合热管理系统分析

为了降低电动汽车能量消耗，提高乘员舱舒适性，该文提出一种集空调、电池预热和电机余热回收为一体的电动汽车热管理系统。进行了电动汽车热管理系统设计与理论分析，制定了整车温度控制策略。在AMESim环境下搭建了由驱动系统、电池温控系统和乘员舱等组成的整车热管理系统仿真模型，对其在不同环境温度、不同运行工况下的特性进行了仿真分析。结果表明：在冬季寒冷工况下采用正温度系数(PTC)电加热器及电机废热共同加热乘员舱的方法，降低了乘员舱PTC电加热器的使用时间，电池荷电状态(SoC)在车辆运行中的消耗降低0.20%～3.98%,整车温度控制策略有效可行。     

新型PV-Trombe墙的实验

提出了带有PV的新型Trombe墙结构,搭建了带有PV-Trombe墙的可对比热箱实验台,在PV-Trombe墙上通风口安装太阳能直流风机,并在合肥地区对其在冬季不同工况下对室内热环境的影响进行了实验研究.结果表明:带有PV-Trombe墙的测试热箱与不带该墙的对比热箱室内最大温差可达7℃,带有PV-Trombe墙测试热箱的室内最高温度基本上都在20℃以上;安装太阳能直流风机后,加快了PV-Trombe墙空气夹层和室内空气的热循环,上、下通风口的最大温差由没有安装前的13℃下降到8℃.实验所采用的光电池面积为0.72 m2,功率为100.8 WP,日平均输出功率为22.9 W.由于空气流道对光电池的冷却,光电池温度较低,日平均发电效率可达10.39%.     

锂离子电池模组热管-铝板嵌合式散热结构温度仿真分析

动力电池合适的工作温度对电动汽车的安全、可靠运行至关重要,为了强化换热,提高电池组的散热性能,设计了热管-铝板嵌合式散热结构应用于锂离子电池模组,通过仿真分析对比了3种不同散热条件下电池模组的散热效果和均温性.结果表明,采用热管-铝板嵌合式散热结构比单一使用热管或铝板具有更好的散热效果和均温性.对电池间铝板厚度和热管数量对模组最高温度的影响进行了双因素方差分析,发现铝板厚度和热管数量的增加都能降低模组的最高温度,随着其进一步增加,影响效果逐渐降低;在自然对流条件下,铝板厚度对最高温度的影响更为明显,同时从性价比的角度出发,应优先考虑适当增加铝板厚度以优化电池组散热性能.     

超临界二氧化碳核能系统负荷运行策略研究

为了确保超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环直接冷却核能系统在变负荷工况下的安全经济运行，利用稳态和瞬态回热器换热实验验证了自主研发的瞬态分析程序SCTRAN/CO₂在预测布雷顿循环动态特性方面的可行性，并以该程序作为分析工具，开展了超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环核能系统分别在反应堆反应性扰动和二次侧冷却水流量扰动两种典型瞬态工况下的开环动态特性研究，开发了主压缩机入口温度恒定、堆芯出口温度恒定及改变循环工质装量的负荷运行策略，研究了系统在100%～50%～100%变负荷工况下的瞬态响应。结果表明，装量控制策略能实现以额定满功率5%/min的速率追踪负荷，并保证系统安全经济运行。此过程中，堆芯压力波动0.6 MPa,堆芯出口温度波动不超过5℃。研究获得的瞬态分析工具、开环特性和控制策略为此核能系统的负荷运行策略研究提供了参考。     

燃料电池汽车整车热管理系统设计与仿真分析

以某款燃料电池汽车为研究对象,综合考虑车辆的整车布置环境和热管理要求,设计了一套完整的氢燃料电池汽车热管理系统;对关键零部件进行选型与性能匹配设计,运用AMESim软件搭建热管理系统一维仿真模型并进行可信度验证。通过冷却液输入流量、零部件进出水温度及温差等指标对不同工况下的氢燃料电池汽车热管理系统进行仿真分析,结果表明:除电堆和中冷器出水温度在峰值工况下达到极限值不宜长时间工作外,该系统其余工况均运行良好,满足设计要求,可为今后研发燃料电池汽车整车热管理系统提供一定设计思路。     

温室蔬菜大棚生物质能火墙供暖系统

传统温室大棚受气候条件限制，难以在恶劣条件下满足作物生长对热环境的需求。因此，作者提出一种以玉米秸秆等生物质为一次能源输入的温室大棚火墙供暖系统。该系统由烟气发生装置、烟气处理装置、末端换热装置、烟气输送管网和动力机组成。该系统通过燃烧秸秆等农林废弃物制备一定温度烟气并将烟气滤后通过火墙散热末端满足温室大棚热环境条件的需求。其中，火墙散热末端为系统关键组成部分，是作者主要研究对象。作者基于CFD数值模拟平台，分析与优化散热火墙关键设计参数，并分析不同工况下系统性能，搭建全尺寸实验平台，验证该系统的热力性能，并与传统无供暖的温室大棚进行对比。 研究结果表明，生物质能供热火墙最优物理结构参数为：烟气流通孔道左右两侧对称排布、管径为63 mm。当烟气温度高于130 ℃、烟气流速超过3 m/s时，该系统能满足温室大棚热环境条件的需求。从能耗和经济性方面考虑，最优运行参数为：烟气温度130 ℃、烟气流速3 m/s。在夜间最不利工况下，生物质能供暖火墙系统作用下的温室空气平均温度提高了4.3 ℃。在其他工况下，温度提升幅度最大为5.8 ℃，最小为3.3 ℃。该研究对于科学应用秸秆等生物质，改善温室大棚热环境具有十分重要的意义。研究所得到的示范系统设计参数可以直接用于实践，为其他类似系统设计提供有效参考。     

插电式燃料电池车锂电池热管理系统设计

采用强制风冷的方案,对世博燃料电池插电式混合动力微型车40A.h磷酸铁锂动力电池系统进行了热管理的结构设计和性能研究.详细分析了动力蓄电池的散热需求,在此基础上,结合整车布置,完成了热管理系统的结构设计,并对设计结果进行了数值模拟.将设计方案制作成实体样品,分别在不同的环境温度下,以一定的电流工况对电池加载,测试电池系统的温升情况.最后,对世博运营过程中具有代表性的两日测试数据进行了分析.仿真计算结果、测试试验结果以及实车数据分析结果均表明,设计方案在电池系统温升控制和电池单体温度一致性控制方面都达到了预期的需求.     

基于液冷的锂离子电池组热均衡性研究

为了改善车用锂电池模组在高温高倍率工况下的热均衡性,根据圆柱形锂电池的传热特性,建立了18650锂电池单体的三维热模型,并完成40 °C环境自然对流下的热特性仿真,并通过温升试验验证了生热模型的可靠性. 在此基础之上,针对某型纯电动汽车的动力电池组,提出了一种夹套式电池模组冷却系统,利用Fluent研究了40 °C环境下冷却液流量、冷却液温度和放电倍率对电池组散热均衡性的影响. 结果表明:增加冷却液流量可以有效降低电池组最高温度、最大温差及电池自身温差,改善电池间的温度均匀性;但当入口流量增至0.03 kg/s后,对电池组散热性能的改善效果十分有限;降低冷却液温度后,电池组最高温度下降,但电池组最大温差与单体电池间温差不断上升,单体电池自身最大温差略有降低;当放电倍率增大时,电池组最高温度与最大温差均不断上升,单体电池间温差以及电池自身温差显著增大,电池组热均衡性变差.