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.     

基于CFD的锂离子电池热失控多米诺效应研究

为研究空运包装内锂离子电池单元热失控传递的控制方法,首次提出锂离子电池热失控传递的多米诺效应理论模型.依据实际包装情况建立了包装盒内9个18650型锂离子电池的有限元模型,利用基于计算流体动力学的仿真软件Fluent对锂离子电池的热失控传递过程进行数值模拟;结合模拟结果定量分析锂离子电池热失控传递中的多米诺效应及电池单元热失控对临近电池温升的影响,以及通过控制电池放热和使用阻燃隔板来延缓包装内电池热失控传递的可行性.模拟结果不仅验证了构建的理论模型与数值模拟结果的一致性,并且显示基于理论模型参数提出的两种控制方法对延缓电池的热失控传递都具有显著效果.不仅可为控制空运锂离子电池热失控提供理论依据,还可对锂离子电池空运包装标准的制定提供技术参考.     

圆柱型Ni-MH电池包浸液冷却设计及分析

随着国家对环保的越发重视,节能与新能源汽车的车型和产量急剧增加,对动力电池包的防护等级和使用寿命的要求越来越高。而电池的使用寿命与所处的温度有很大关系,温度适中,其寿命越长,温度越高寿命越短。本文主要研究圆柱型镍氢电池的电池包设计方案,新开发一种全新的使用浸液冷却的电池包,通过对浸液电池的性能测试,部件的结构设计,热仿真设计及台架和第三方测试验证,有效控制电池温度和提高电池包的防护等级,方案可行,对镍氢电池包后续使用浸液散热提供依据和指导。     

高功率钛酸锂电池性能研究

为了更好地满足航空、军事以及能源器件对于高功率化学电源的需求,对LTT65系列电池进行了优化,控制原有电池其他参数不变的同时,使得内部颗粒变小,优化后的电池对于放电倍率进行了提升。针对改进后的电池,首先对于电池的放电性能进行测试,得到放电深度的具体数值,其次根据电池放电后的电压回升问题通过HPPC(hybrid pulse power characteristic)方法对于内阻进行测试和计算。结果表明：电池在高SOC(state of charge)状态下内阻伴随着放电率的增加而减小,电池在较低SOC状态下内阻增加,呈现出一定的复杂趋势。最后对于该倍率状态下的电池温升进行分析,得到了电池温度会随着电池放电倍率的增加将会出现拐点的结论,电池的温度拐点出现在45℃,最大温度值为63℃,温升值为38℃,而后根据实验结果对于电池不同倍率下的温升、热功率等参数进行测定,对于电池的放热特性进行了整体研究。     

单体锂离子电池充放电数值仿真与试验

基于锂离子电池生热模型和材料热物性参数,建立了锂离子电池充放电热行为热模型。进行了单体电池不同倍率放电及充放电循环下的瞬态热行为数值仿真。结合电池充放电过程温升曲线测试,验证了锂离子电池数值仿真模型。研究结果表明:单体电池最高温度位于正极柱,最低温度位于壳体顶部。随着电池放电倍率的增大,电池温度升高,单体温差增大。电池外壳材质对热模型传热效果具有一定的影响,锂离子电池电极连接部位温升显著。     

基于计算流体动力学的锂离子电池热失控多米诺效应研究

为研究空运包装内锂离子电池单元热失控传递的控制方法,首次提出锂离子电池热失控传递的多米诺效应理论模型。依据实际包装情况建立了包装盒内9个18650型锂离子电池的有限元模型,利用基于计算流体动力学的仿真软件Fluent对锂离子电池的热失控传递过程进行数值模拟;结合模拟结果定量分析锂离子电池热失控传递中的多米诺效应及电池单元热失控对临近电池温升的影响,以及通过控制电池放热和使用阻燃隔板来延缓包装内电池热失控传递的可行性。模拟结果不仅验证了构建的理论模型与数值模拟结果的一致性,并且显示基于理论模型参数提出的两种控制方法对延缓电池的热失控传递都具有显著效果。不仅可为控制空运锂离子电池热失控提供理论依据,还可对锂离子电池空运包装标准的制定提供技术参考。     

大型磁悬浮控制力矩陀螺热分析与实验

为提高大型磁悬浮控制力矩陀螺设计的可靠性,本文对大型磁悬浮控制力矩陀螺的热源及热应力分布进行了详细的分析。首先,依据陀螺功能特性对系统整体的热源进行了详细的分析。其次,基于分析结果建立系统的热分析模型,并对整机的温度场和热应力进行了计算。最后,采用长期运行温度考核和热循环温度考核对陀螺系统进行了实验测试。结果表明,陀螺系统的实际温升与理论计算结果基本一致,表明陀螺系统的整体温升能够满足使用要求。     

动力电池组汇流排热电耦合数值计算与实验研究

以某电动汽车动力电池模组汇流排为研究对象,提取汇流排的三维数模、工况边界条件以及与电池单体的连接关系,采用热电耦合数值计算方法研究电流大小、对流换热系数以及焊接工艺对汇流排温升的影响规律.为保证数值计算的准确性,采用动力电池组综合测试系统对指定的不同工况进行温升试验测试,试验测试工况条件与数值计算中的边界设置保持一致.研究表明,网格离散、边界条件、电流大小、对流换热系数以及极耳焊接工艺都会对汇流排的温升产生不同程度的影响.针对个别工况下数值计算与试验测试结果误差较大的情况,详细分析误差产生的原因,深入研究因素之间的关联性以及对误差的影响规律,进而对数值计算模型进行修正.最后,设定新工况再次对汇流排进行数值计算和试验测试,运用因素的关联性和对误差的影响规律,数值计算与试验测试结果的误差不超过3.7%.     

角接触球轴承热特性分析及试验

为了预测并控制轴承运转过程中热态特性对进给系统精度的影响,基于球轴承拟静力学和摩擦生热理论,计算了包括自旋摩擦力矩在内的摩擦生热,分析了热传递方式,并建立了热传递模型和一种考虑接触热阻的球轴承组件有限元热结构模型。采用有限元法仿真轴承组件稳态温度场,搭建试验台测试了不同转速和载荷下轴承的稳态温度分布及轴向热位移。结果表明:转速和轴向载荷对轴承温升及轴向热位移影响较大,其中温升在10℃以内时,轴向热位移与温度线性关系明显;在温度场中,滚珠温度最高,内圈温度次之,外圈温度最低;仿真结果与测试结果相对误差在7%以内,可有效预测轴承在不同工况下的稳态温度场及轴向热位移。     

150MD24Y20高速电主轴热特性分析

目的分析电主轴热变形产生及分布,为研究电主轴热误差,提高主轴加工精度提供理论依据.方法基于电主轴稳态温度场分布,采用ANSYS顺序耦合理论,分析高速电主轴热变形分布情况.通过电主轴测试系统建立热变形实验,测量高速电主轴工作端热变形,验证有限元仿真结果.结果仿真结果表明:随着电主轴速度增高,主轴热变形和温升也越来越大.电主轴在热稳态下,沿着轴向伸长而径向弯曲变形.结论当主轴材料一定,热变形与速度几乎呈线性关系,同时,主轴温升越大,热变形越大.此结论为有效控制主轴热变形,减小热误差及提高主轴稳定性提供理论基础.     

液冷动力电池低温加热系统设计研究

针对动力电池在低温环境下无法直接进行充电的问题,以液冷动力电池系统为研究对象,在大量动力电池充放电数据的基础上,结合动力电池的低温加热和保温需求,构建了液冷动力电池包低温加热和保温系统,设计了动力电池的充电和加热流程.根据传热学原理,结合动力电池生热计算理论公式,建立了动力电池的生热仿真计算模型,利用仿真计算工作来模拟分析动力电池低温加热系统的加热效果.通过在NEDC循环工况下的仿真和试验,验证了液冷结构动力电池包低温加热系统很好地满足了动力电池包低温环境下的加热和保温要求,具有良好的应用性.     

基于热模型的动力电池热故障诊断系统

为提高车载动力电池热管理系统的可靠性,使电池温度维持在合理的范围内,根据镍氢电池的结构及传热学原理,建立了电池的热模型,实现了电池内部及表面温度的在线预测.通过模型预测温度与实际温度的对比,对电池温度异常状况进行在线诊断,并将诊断信息通过控制器局域网(CAN)通信传送给整车控制器,使整车及时对故障做出响应.试验结果表明,该系统能准确及时地诊断风机故障、电池剩余容量(SOC)过高及电池过充故障,有效避免了因热故障引起的电池过温.     

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.      

新能源汽车水冷板材料的开发与应用

新能源汽车的电池冷却系统主要包括电池、电池冷却器和水冷板等重要部件,是新能源汽车热管理系统的重要组成部件。新能源汽车水冷板部件在承重和耐腐蚀的环境和条件下使用,因此,需要开发高强和高耐腐蚀的钎焊复合材料来满足不同水冷板的设计和应用要求。从合金设计和材料开发角度说明几种新的可以满足新能源汽车的电池水冷板应用需求的钎焊复合材料开发成果。     

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。     

温升速率影响空运锂离子电池热失控多米诺效应实验研究

为探究不同温升速率对空运锂电池热失控多米诺效应的影响,通过自主设计搭建的锂电池热失控实验平台,开展锂电池模组间热传播规律研究。结果表明,随着加热装置温升速率从10 °C/min提高至60 °C/min,锂电池模组的热失控开始时间从1 632 s提前至386 s。以模组中第三节电池热失控作为多米诺效应形成判断依据,基于二分法确定其临界温升速率为29 °C/min。该研究可用于指导航空运输的锂电池热灾害安全防控。     

相变材料和液冷结合的锂离子电池热管理性能优化

相变材料因其良好的控温能力在电池热管理中得到了广泛的研究,但在高温环境和高放电倍率下,单纯依靠相变材料很难满足热管理的要求。设计了相变材料和冷却板混合的电池热管理方式并对其进行数值模拟,与采用纯相变冷却进行了对比。分析了电池间距、冷却液入口速度对电池最高温度以及相变材料液化率的影响,并对充放电循环过程进行了探究。结果表明,在高温和高放电工况下,液冷的引入解决了因相变材料完全液化导致的电池温度恶化和中间电池热量累积的问题。相比于纯相变冷却,当冷却液速度为0.5 m/s时,混合冷却可将电池的间距减小至3 mm,继续增大冷却液的速度对热管理性能提升较小。同时,液冷板的加入可以减少首次充放电循环对后续循环过程的影响,增加电池的使用寿命。