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.     

基于流固热耦合的中心回转 流道液冷板散热性能研究

为研究不同流道结构设计对液冷板散热性能、均温性能以及能耗的影响,采用计算流体动力学流固热耦合数值计算方法分析了液冷板结构参数对电动汽车某液冷单元散热性能的影响.结果表明:中心流道宽度由6 mm增加至31 mm,导热垫表面最大温差降低19.4％,流阻增加14.6％,当采用流道宽度从中间到两侧递减的设计方式,可以改善其散热均温性能且能耗在可接受范围内.流道深度由5 mm减小至2 mm,表面最大温差降低36.7％,流阻增大了3.3倍,减小流道深度能显著改善散热均温性能,同时会显著增加能耗.添加强化传热结构和在某些工况下改变进出水口位置能改善散热均温性能,同时也会增大流阻和能耗.研究结果可为液冷板的结构设计提供参考,从而改善电池模组的散热性能.     

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.     

基于风冷散热的锂离子电池外部冷却模式与内部热物性特征的耦合分析

锂离子电池因其优异的性能而广泛应用于储能系统以及新能源汽车的动力源。基于锂离子电池热物性特征以及运行条件选择合理的热管理模式,是确保锂离子电池安全性的重要手段。文中分别构建了基于风冷散热的圆柱形单体锂离子电池以及相应的电池模组模型,从最高温度、最大温差以及温度分布均匀性等方面探讨了热导率各向异性对电池冷却性能的影响。结果表明,锂离子电池内部的热量传递过程以径向导热热阻为主导,直接决定单体电池内部温差以及电池模组中不同单体电池之间的温度分布均匀性。从电池结构设计的角度而言,为了提高温度均匀性,在确保能量密度的前提下应尽量减小电池层状方向的尺寸。     

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 ℃.     

变接触面液冷系统的电池模组温度一致性研究

为了使电池系统单体间的温度具有较好的一致性,设计了一种在单体间隙中填充铝柱的液冷热管理系统,建立了单体的电化学-热耦合模型,对比研究了不同入口流速、不同截面边长和高度组合的铝柱液冷系统对电池热性能的影响.研究结果表明,截面边长和高度梯度变化的铝柱液冷系统的冷却性能和单体间的温度一致性都要优于截面边长和高度为定值的系统.在放电倍率为3 C,入口流速为0.10 m/s时,此组合方式下电池模块中单体间的最大温差保持在3.72℃以内,满足电池系统热管理的需求.最后,针对此模型对不同放电倍率进行了仿真验证,结果显示单体间温度具有较好的一致性.     

电动汽车电池组冷媒直冷系统工作特性的试验

针对一种利用电动汽车空调制冷剂直接冷却电池组的锂离子电池热管理系统,设计了基于口琴管式冷板的电池模组.进行了直冷和液冷的比较,研究了环境温度、压缩机转速、阀门开度及放电倍率对制冷剂流量和蒸发温度的影响,以及对电池组散热特性的影响.结果表明：采用直冷方式在控制电池组平均温度上比液冷具有更好的冷却效果;压缩机转速增加对电池组有明显的控温效果,在3 500 r/min的转速下即使是2.0 C的高倍率放电也能控制温度在40.00℃以下;阀门开度增大有利于电池组平均温度的下降,但不利于电池组温差的降低;在电池组温差较大的情况下,单体电池温差能占到电池组温差的88%.     

平面热管与液冷作用下锂离子电池热管理系统散热特性

锂离子电池的工作温度需要保持在合适的范围内,才能获得更好的性能和更长的使用寿命。本文提出了一种平面热管与液冷相结合的锂离子电池热管理系统,通过搭建的锂离子电池发热功率测试平台确定不同放电倍率下单体电池的发热功率,建立热管理系统三维有限元模型,分析不同放电倍率、冷却液流量及冷却液流动方向对散热性能的影响。结果表明,在3 C放电倍率下,最高温度可以控制在50 ℃以下。与相同进液方向相比,不同进液方向下电池包最大温差降低了17.30%。     

基于 AMESim 的动力电池组并联回路水冷系统研究

针对现有风冷系统和串联回路水冷系统在降低电池组最高温度和减小单体电池间最大温差不足的问题, 提出了一种并联回路形式的水冷系统。 在分析锂离子电池生热机理的基础上, 建立电池的温度模型, 并在 AMESim(Advanced Modeling Environment for Performing Simulation)软件中搭建并联回路的电池组水冷系统, 同时 通过仿真实验与串联回路水冷系统进行散热性能对比。 其结果表明, 联回路形式的水冷系统散热效果更好, 在 维持电池组最高温度的基础上, 有效减小了单体电池间的温差, 并为进一步研究并联回路水冷系统的控制算法 打下基础。     

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.