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。     

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%。     

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。     

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.      

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。     

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％.     

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.     

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%.     

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.     

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。     

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.     

均温板在质子交换膜燃料电池堆热管理中的应用

过低或过高的工作温度以及过大的温度变化均会影响质子交换膜燃料电池的输出性能和耐久性.有效的热管理是保证质子交换膜燃料电池稳定高效输出的关键因素.本研究将厚度为1.5 mm的均温板作为散热结构应用在质子交换膜燃料电池堆的热管理中,通过安装在5块单电池阴极石墨板上的80个热电偶获取电池内部表面温度,探究了不同负载电流工况下...     

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.     

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...     

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).     

商用车机舱热管理组合因素影响研究

针对商用车低速爬坡工况,采用三维计算流体力学仿真分析对某厂商商用车发动机舱热管理进行研究,重点关注其影响冷却系统散热的机理.选取散热器通风量与出口温度作为试验目标,引入正交试验设计与Box-Behnken试验设计,根据响应面回归函数的建立,分析冷凝器与风扇的移动距离与护风罩尺寸的交互效应,并据此进行优化设计.提出一套适用于发动机舱热管理的试验设计与优化流程,为发动机舱内部冷却系统布置提供参考.研究结果表明：冷却系统在商用车机舱内部的布置影响内流场与温度场的分布情况,进而影响舱内散热特性.经过优化设计后,该商用车散热器通风量增加了5.26%,同时出口温度降低了3.44%,机舱散热效率得到显著提高.     

电动汽车锂电池模块化热管理系统的设计及实验研究

针对电动汽车锂电池在高温情况下极易引发电池的性能退化,甚至导致热失控的问题,提出了一种电动汽车锂电池模块化热管理系统设计方案。所设计的系统采用20节圆柱形电池交错排列方式,电池之间布置6块内含冷却液流道的冷却单体,利用冷却单体中流动的冷却液迅速带走电池在工作时产生的热量,保证锂电池工作在25～40℃的适宜范围内。采用所设计系统针对冷却液流速、管道连接方式对电池模组冷却性能的影响进行仿真与优化,并根据优化结果,搭建实验平台进行实验验证。实验结果表明:增大冷却液流量可有效提高冷却效率,但流量的选取应权衡冷却效果与消耗功率的利弊;电池并联的最高温度和温差比串联分别下降了7.55℃和6.74℃,说明并联对提高整个模块化电池热管理系统的散热性能具有较好的效果,在电池包数量较大时,宜采用并联方式;并联缩短了温度大范围波动的时间,减小了过大的温度波动对电池造成的影响。     

一种光伏一热通风装置的热特性试验研究

提出一种新型的光伏/热通风装置,利用CFD仿真对比分析了底板进气和侧板进气两种不同形式下装置内温度分布情况.试验结果表明底板进气可有效降低装置内最高温度,并使装置内温度分布更加均匀.对新型光伏-热通风装置进行了室内稳态试验,通过改变加热功率、风速及底板通风孔个数,分析不同工况下装置的热特性.结果表明:出风口温度和装置内最高温度随着加热功率的增加而增加,但装置热效率随着加热功率的升高而降低,减少底板孔数后装置内温度分布更均匀;定加热功率试验表明风速越大装置效率越高.此基础上对新型光伏-热通风装置进行室外实际天气条件下性能试验.结果表明装置对空气的加热功率变化趋势与辐照度的变化趋势接近,整个装置在中午时热量利用率最高.      

中等功率条件下提高齿轮减速器的热效率研究

热功率是选用齿轮减速器时需要考虑的重要性能指标,热功率的大小决定了齿轮减速器在热平衡温度下工作的功率利用率。提高热功率有利于高齿轮减速器的工作效率,减少能源的浪费。推导了单级齿轮减速器试验台的效率计算公式,用试验方法对减速器的热功率进行了测算,开发了具有良好散热效果的板块式和列管式散热装置,在此基础上,从齿轮减速器设计、制造和润滑等方面分析了提高齿轮减速器热功率的措施。