车用锂电池组热流场特性数值模拟与优化设计

针对车用电池温升过高、电池组温差大的问题,开展电池包热流场分析与优化设计.根据Bernardi的生热速率方程式,建立由电池电解液、正负极柱和隔膜四部分组成的单体电池热耦合模型及成组电池传热模型;利用Fluent软件分析锂电池单体在自然对流环境下的温升特性,研究成组电池在强制对流条件下的热流场特性;通过增加导流板优化电池箱内流场结构,并评估导流板对电池组散热效率的作用.结果表明:单体锂电池在自然对流下温升明显,电池内核温度远高于正负极柱温度;电池箱进出风口位置及结构决定箱内空气的流向和成组电池的散热效果;通过对进、出风口位置的设计及增加导流板,可有效改进电池组热流场的均匀性,从而提高散热效果.     

平纹机织复合材料纯电动汽车电池箱多尺度可靠性优化设计

为了充分发挥碳纤维复合材料的潜能，提出一种多尺度的复合材料结构可靠性优化设计方法。以平纹机织复合材料新能源汽车电池箱为研究对象，基于有限元法的均匀化理论预测方法，将机织复合材料各尺度之间的弹性参数进行关联，建立复合材料弹性性能预测解析模型和电池箱有限元模型。鉴于复合材料结构和设计变量受不确定性因素的影响，结合Kriging代理模型、SORA(stochastic optimal routing algorithm)法和蒙特卡洛仿真法，实现机织复合材料电池箱的多尺度可靠性优化设计。结果表明，优化后的电池箱在满足可靠性和轻量化要求的同时，能有效提高电池箱的模态频率和刚度，可为机织复合材料汽车零部件的优化设计提供指导。     

基于Kriging近似模型的碳纤维增强复合

以平纹机织碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料为研究对象,通过力学试验测试材料的静态力学和疲劳力学性能,结合Kriging插值方法和Basquin疲劳方程建立预测任意载荷下疲劳应力 循环寿命(S N)曲线的恒幅寿命图模型,并以此作为复合材料结构优化设计的性能约束;同时,利用最优拉丁超立方试验设计方法和Kriging近似模型构建优化目标和约束响应的近似模型,采用遗传算法优化得到CFRP复合材料电动汽车电池箱壳体的厚度,并通过台架实验加以验证.结果表明,优化后,电池箱壳体结构的减重率达到34.39%.     

动力电池热管理冷热双工况特性分析

基于工质相变换热和热虹吸原理,设计了一种动力电池热管理冷热双工况循环系统,系统无泵运行。针对某款17Ah锂电池,通过试验,测试了该系统的换热效果。试验结果表明:该热管理系统能实现电池箱的温度管理。加热工况下,多组试验的电池箱换热功率相差为1.2%～3.8%,电池箱的升温效果较好。散热工况下,系统散热功率在电池温度为70℃时达到最大,其值为88.4 W。且冷凝器侧强制风冷散热与自然散热相比,能将系统散热功率提高10.0%～63.9%。     

锂离子电池组间接接触液冷散热结构研究

锂离子电池组的散热问题一直是影响电动汽车电池寿命以及行车安全性的重要因素.为了探究不同冷却管道设计对锂离子电池组散热效果的影响,先通过数值计算方法对单个锂离子电池在不同条件下放电时的表面温度进行研究,对比试验结果,验证仿真方法的正确性.在27℃下,对设计的8种不同冷却结构的散热效果进行对比分析,发现结构八的平均温度为31.62℃,标准差为0.83,冷却效果最佳;双向流设计、进口位置及支管分流情况、冷却管道与电池组的接触面积等因素均对电池组的散热性能产生不同程度的影响,锂离子电池组散热结构设计时应该综合考虑.     

基于Kriging近似模型的碳纤维增强复合材料疲劳性能预测及其应用

以平纹机织碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料为研究对象,通过力学试验测试材料的静态力学和疲劳力学性能,结合Kriging插值方法和Basquin疲劳方程建立预测任意载荷下疲劳应力-循环寿命(S-N)曲线的恒幅寿命图模型,并以此作为复合材料结构优化设计的性能约束;同时,利用最优拉丁超立方试验设计方法和Kriging近似模型构建优化目标和约束响应的近似模型,采用遗传算法优化得到CFRP复合材料电动汽车电池箱壳体的厚度,并通过台架实验加以验证.结果表明,优化后,电池箱壳体结构的减重率达到34.39%.     

混合动力汽车用镍氢蓄电池组热管理方法

针对镍氢电池温度变化直接影响电池组的性能和寿命等问题,研究了镍氢蓄电池组充放电产生的温升和温度分布.分析了电池产热机理,以降低电池组的最高温升为目标,综合考虑了电池温升和充电电流等因素的较大初始充电电流,提出了分阶段恒流充电控制策略,并进行了数值仿真分析.通过电池组温度场模型理论分析,对现有电池组散热结构进行了优化,通...     

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。     

混合动力车电池模组冷却结构优化

通过对混合动力车电池箱并行结构的改进,改善了原有并行通风结构的进风不均匀性,达到对电池模组前后表面冷却的目的.按照进风形式和流道结构的不同,设计了楔形、梯形和圆孔挡板3种进风结构,圆孔挡板结构均匀进风效果最佳.对圆孔挡板结构进行冷却维度改进,设计了平行冷却和垂直冷却2种方式.结果表明:双流道、垂直冷却结构较优,在中低放电倍率和环境温度小于30℃的情况下,出口流速为6m·s~(-1)、电池间隙为4~6mm时散热效果最佳.     

基于有限元分析的动力锂离子电池生热特性研究

针对电动汽车用动力锂离子电池的热安全性问题,以某11 Ah动力锂离子电池为例,进行有限元建模分析,分别对锂离子电池单体在不同充放电倍率、不同环境温度以及不同散热条件下的发热情况进行了分析.结果表明,锂电池放电倍率越高温升越高且温度分布越不均匀,良好的散热模式有助于电池温升的抑制和提高电池的热稳定性.定量化的计算仿真结果符合实际,研究结果为该类电池的建模与仿真提供了借鉴和参考,对锂电池单体的设计优化及锂电池热管理系统的研发具有指导意义.     

ITER校正场线圈馈线系统干盒的结构设计与分析

校正场线圈馈线系统的干盒用于容纳高温超导电流引线室温端与外部室温电力系统的过渡连接接头,并为此过渡连接以及外部电缆提供可靠的支撑。其设计的合理可靠与否将会直接影响ITER装置的正常运行。文章根据ITER装置对干盒设计的要求,对CC干盒的整体结构进行了详细设计说明,并对相关结构的受力、热传导及结构模态进行计算和分析,为干盒结构的进一步研制提供了理论依据。     

镍氢电池包风冷散热结构的设计及分析

电池在充放电过程中会因自身特性产生热量，若热量不能及时排出，则会造成热量的累积，致使电池工作环境温度升高，温度过高会对电池的性能产生影响，为保证电池尽可能工作在适宜的温度条件下，在进行电池包设计时，需着重设计电池包的散热结构。本研究以某乘用车用动力电池包散热结构的设计为例，通过软件FLUENT进行分析，对比不同散热结构的散热效果，并通过路试试验进行验证。     

基于半导体制冷的动力锂电池包散热优化

为提升动力锂电池包的散热性能和能量密度,基于半导体制冷方案,提出一种多目标优化设计方法,对动力锂电池包的排布间距和半导体制冷量进行优化设计。基于建立的半导体制冷方案的热分析模型,采用拉丁超立方试验及径向基函数(radial basis function, RBF)、响应面法(response surface methodology, RSM)、Kriging代理模型方法建立最高温度、最大温差及间距体积的近似模型。以最大温差和间距体积为目标,最高温度为约束建立电池包散热优化模型,运用多目标遗传算法(multi-objective genetic algorithm, MOGA)进行寻优求解,并通过实验验证优化方案仿真结果的可靠性。优化后仿真结果表明：电池模组间距体积减小了32.42%,最大温差降低了13.64%,最高温度降低了0.53%,该方法显著地提升了电池包的散热性能和能量密度。     

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.      

PC箱梁墩顶块水化热温度冲击模型及空间仿真

针对目前PC箱梁墩顶块在施工过程中由于水化热导致出现裂缝现象,结合实际工程,综合考虑混凝土密度,比热容,热传导系数的温度时变效应,建立水化热温度冲击模型,采用单元生死技术和子模型技术对PC箱梁墩顶块水化热温度场进行空间数值仿真。经与实测数据对比说明:水化热温度冲击模型准确、实用;腹板与底板、腹板与顶板、腹板与横隔板交合处混凝土浇筑量较大,产生大量水化热,导致浇注温度很高;并向表面依次降低,由里及外温度梯度分布宽度逐渐小;采用单元生死技术能有效模拟混凝土箱梁分层浇筑或多层浇筑;子模型技术适合PC箱梁墩顶块局部精细分析,可解决单元划分所导致的复杂结构水化热热量传导梯度过大及阶跃现象。该成果对工程实际具有一定的参考价值。     

Thermal behavior simulation of Ni/MH battery

Thermal behavior of overcharged Ni/MH battery is studied with microcalorimeter. The battery is installed in a special device in a microcalorimeter with a quartz frequency thermometer. Quantity of heat and heat capacity of the battery charged at different state of charge (SOC) at different rates are measured by the microcalorimeter. Based on a series of assumputions, heat transfer equation is set up. Expression of heat generation is attained by curve fitting instead of theoretical calculation. Thermal model is used to simulate thermal behavior of the battery in charging period, results of calculation and experiment match very well. The temperature distribution is non-uniform because the poor conductivity limits the heat transfer during charging process. It is difficult to greatly improve the heat conductivity of the battery because it is related to materials inside the battery including electrodes, separators and so on. Therefore, high rate charge should be avoided in actual use. It may cause some damage to the battery. Supported by the National Key Basic Research and Development Program of China (Grant No. 2002CB211800)     

混凝土箱体桥梁自控温装置设计与温度分析

为解决混凝土箱体结构的温度裂纹问题,基于太阳辐射与来自近环境表面低红外辐射之间的能量密度失配,研发出一种可以在白天用于混凝土箱体桥梁表面的自控温装置。该装置采用辐射降温涂层和复合定形相变材料相结合,多层控温的方式,外挂在腹板表面,从外向内依次分为滤波器、反射层、封装层、潜热层和连结层5个部分。以陕西神沙河大桥为例,通过现场实测和理论分析相结合的方法,研究了自控温装置安装前、后混凝土箱体腹板外侧的温度和温度应力。结果表明：自控温装置是一种能够避免太阳辐射等因素导致混凝土箱体表面开裂的有效措施。对未安装自控温装置的箱体,腹板外侧对外界环境温度敏感,温度波动区间较大,最大温度应力较大;对已安装自控温装置的箱体,由于辐射降温涂层反射了部分太阳辐射,以及复合定形相变材料的相态转变向外界环境释放或吸收了部分潜热,腹板外侧温度波动区间较小,最大温度应力较小。     

基于红外热成像技术的软包锂电池热特性分析

Based on infrared thermal imaging technology and visual testing methods, the surface temperature variation characteristics and heat generation law of ternary soft-pack lithium battery under different working conditions were investigated. The ambient temperature, the discharge rate, and the ear clamping method are three variable conditions. The two are coupled to the control variable experiment to monitor the temperature rise of the battery surface. The results show that the optimal working temperature of the battery is 25 °C, to ensure that the different rate of discharge experiments at the most suitable working temperature, found that with the increase of the discharge rate, the heat generation increased, the surface temperature of the battery increased, the conductive clip clamping tab is compared with the copper clip holding tab This method will lead to insufficient overcurrent at the ear, a sharp increase in heat generation, and a significant temperature rise on the surface of the battery. This type of clamping is not conducive to heat dissipation of the battery, which provides a parameter basis for thermal battery design optimization and experimental operation. The test results have guiding significance for the optimization of the heat dissipation scheme.     

基于红外热成像技术的锂离子电池热特性试验研究

为了深入研究锂离子电池在工作状态下的热特性,通过试验与理论分析手段,结合红外成像技术与非接触式可视化观测方法,研究了锂离子电池单体在不同放电倍率下的表面温度分布特征及不同荷电状态(State of charge,SOC)下的温度均衡性和不同测量点的温升特性。结果表明:锂离子电池极耳附近区域为主要的产热源,且放电倍率越高,产热量越大;电池温度上升越快,最高温度越高,电池温度均衡性越差; 1C放电时,电池表面的温度梯度以多个类半圆形温区呈现;并以正极区为圆心向整个电池扩展; 2C放电时,初期形成的两个半圆形温区重合为一个以圆弧为下边的类矩形温区,直至扩展到电池下边缘;不同放电倍率下,电池温升速率均呈现先减小后增大的趋势。根据以上分析及研究成果,可以合理改进电池单体结构,设计电池组或电池包散热方案,提高锂离子电池在工作过程中的高效性和安全性。