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 ℃.     

基于串并对称式液冷流道的锂电池散热分析

针对锂离子电池均温性差和液冷系统能耗高等问题,以方形锂离子电池为研究对象,在电池单体模型验证的基础上,设计了串并对称式液冷流道的锂离子电池散热结构,对比了5种流道方案,在优选方案四的基础上,分析了液冷板中的液冷流速、铝板厚度组合和液冷系统的启动时间对电池散热效果和液冷系统能耗的影响.结果表明：与方案一的流道形状S0对比,方案四的流道形状S3能够将模组中电池单体的最大温差降低15%;此外,电池的最高温度随着液冷流速的增加呈现先减小后平缓的趋势;在保证液冷系统总质量不变的前提下,与初始的铝板厚度组合h0对比,调整后的铝板厚度组合h4可将电池模组的最大温差降低12%;电池在2.5C放电时,延迟液冷系统启动时间至563 s,既可以保证电池在最佳的工作温度范围内,又能节约液冷系统约39%的能耗成本.     

基于微热管的高倍聚光光伏模组新型散热实验研究

高倍聚光光伏(HCPV)模组凭着其特有的优势,近些年得到了广泛的应用。HCPV模组采用的是III~V族多结太阳电池,尽管如今III~V族多结太阳电池的实验室最高光电转换效率已高达46.0%,而采用三结电池的HCPV模组,其最高转化效率只有35%左右。造成HCPV模组效率下降的主要原因之一就是模组的散热和工作温度均匀性问题。因此,如何对HCPV模组进行有效地均匀散热对提高模组转化效率具有重要的意义。热管作为一种高效相变传热技术,具有当量导热系数很高,且恒温传热的特点。本文针对典型HCPV模组的热流分布特点和结构特点,采用扁平微热管阵列作为新型散热器,实验研究了基于微热管阵列散热的HCPV系统的光电特性和散热特性。研究结果表明,优化工况下,采用微热管阵列作为散热装置的HCPV模组必常规HCPV模组其输出功率大约提高22%,表明该散热结构具有很好的应用前景。     

笔记本电脑散热模组的实验与热计算

对一笔记本电脑中的散热模组进行了实验研究,在给定CPU及北桥发热功率条件下,测量了CPU及北桥、热管和散热器出口空气的温度.同时,采用节点网络法对该散热模组进行了热计算,其中CPU至热管、北桥至热管的热阻由热阻测试仪测量得到参考值.在计算过程中对一些参数进行适当调整后,计算结果与实测结果基本一致.     

基于微热管的太阳电池HCPV模组新型散热研究

高倍聚光光伏(HCPV)模组凭着其特有的优势,近些年得到了广泛的应用。HCPV模组采用的是III-V族多结太阳电池,尽管如今III-V族多结太阳电池的实验室最高光电转换效率已高达46.0%,而采用三结电池的HCPV模组,其最高转化效率只有35%左右。造成HCPV模组效率下降的主要原因之一就是模组的散热和工作温度均匀性问题。因此,如何对HCPV模组进行有效地均匀散热对提高模组转化效率具有重要的意义。热管作为一种高效相变传热技术,具有当量导热系数很高,且恒温传热的特点。本文针对典型HCPV模组的热流分布特点和结构特点,采用扁平微热管阵列作为新型散热器,实验研究了基于微热管阵列散热的HCPV系统的光电特性和散热特性。研究结果表明,优化工况下,采用微热管阵列作为散热装置的HCPV模组必常规HCPV模组其输出功率大约提高22%,表明该散热结构具有很好的应用前景。     

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.     

热管铣刀散热基本结构的优化

为提高热管铣刀的散热效果,借鉴以往热管刀具散热结构的研究成果,建立热管铣刀散热基本结构,然后对该结构进行刀具散热性能的优化.通过铣削测温实验评价各种结构的优劣,获得热管铣刀的散热优化结构.基于该优化结构设计并制造出散热性能优良的热管铣刀,并通过切削测温实验验证该优化结构的有效性.切削区温度场反求的结果表明:经散热基本结构优化的热管铣刀,其散热性能有效提高;在某工艺条件下,相比普通铣刀,热管铣刀切削区的温降达35℃以上.     

平板热管用于笔记本电脑散热的研究

提出了一种笔记本电脑散热用新型平板热管,其具有散热效率高、力学强度高、重量轻、成本低、工艺简单等优点．在自然对流冷却条件下,对平板热管和相同尺寸的实心铝板的传热性能进行了实验研究．分析了平板热管的启动特性、均温特性以及加热功率、倾角对其传热性能的影响．实验结果表明,与实心铝板相比平板热管的传热性能更优．当加热功率为17w时,平板热管散热器的总热阻为1．72℃／w,冷凝面的最高温度达到49．7℃,而热源温度为55．3℃,可以满足目前上网笔记本电脑冷却的要求．     

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.     

热管刀具的设计及散热性能测试

为设计结构合理的热管刀具,研制了热管性能测试系统,模拟热管在车刀内的工作条件,通过正交试验优化热管使用参数.在此基础上,分别设计了嵌入式、侧压式和槽嵌式3种不同热管植入形式的热管刀具,并进行干车削45#钢实验,以量化评估这几种热管刀具的散热性能.对热管的传热测试结果表明:圆热管和扁热管在受热段长度18 mm、冷却段长度20mm、循环冷却水温度75℃、热管弯曲5°时的传热效果最优.对这几种热管刀具的切削量热实验表明:嵌入式热管刀具中的热管传热效率最高,槽嵌式的次之,侧压式的最弱.     

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.     

热管在LD端面泵浦固体激光器散热系统中的应用

基于热管的传热原理,计算了热管的等效导热系数.采用电加热器作为模拟热负载,在实验和数值计算上比较了热管散热器和水冷方式的散热效果;在激光二极管端面泵浦固体激光器中,模拟并比较了热管散热和水流散热方式对晶体温度分布以及热透镜焦距的影响.结果表明,使用热管散热器在该系统中具有一定的散热效果,而且它可以克服水冷方式带来的水流温度波动、设备复杂庞大等缺点,为激光二极管端面泵浦固体激光器中晶体散热提供了一种解决途径.最后,提出了一种热管式热沉设计方案,利用热管的高导热性,将其做成热沉取代铜直接用于夹持晶体和散热.     

拐角式回转热管管内蒸汽温度分布

磁流变软启动传动装置引入拐角式回转热管作为散热工具.拐角式回转热管利用热管旋转时产生的离心力回液,结构简单,散热能力强.文中介绍了拐角式回转热管的结构及散热原理,以动量定理和Clausius-Clapeyron方程为手段,建立了拐角式回转热管管内蒸汽温度分布模型,为该类回转热管的可靠设计和工作性能分析提供了理论依据.     

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.     

大倾角下新型热管冷板传热性能的试验研究

针对在受限空间内工作的行波管阵列所面临的多热源、高热流密度、高散热功率冷却问题,研制了一种新型热管冷板.在自行设计建立的试验台上,对新型热管冷板在大倾角下(60°≤θ≤90°)工作时的传热性能进行了系统的试验研究.试验结果表明,在不同加热总功率P(1600—4000W)和不同冷却水流量Q(100—400L/h)下,热管冷板均能在3—15m in内正常起动.除了P=1600W、Q>300L/h情况下的冷板均温性不能符合行波管冷却要求外,其余试验工况下冷板壁面的最大温差ΔTmax<10℃,冷板壁面的最高温度ΔTmax<70℃,热管冷板的总热阻<0.01℃/W,表明新型热管冷板具有优异的均温高效传热性能.为了有效地发挥新型热管冷板的均温高效散热性能,必须保证其在匹配的冷凝段冷却条件和蒸发段加热条件下工作.在试验的倾角范围内,随着倾角的增大,热阻单调递增;冷却水流量增大或加热功率增加时,热管冷板的换热增强,热阻减小.     

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.      

热管技术在广播电视发射机中的应用

介绍了一种热管散热冷却装置,尤其是应用于广播电视大功率发射机中功放模块基于热管加翅片相结合的散热装置。包括基板和密闭的空心热管。基板与发射机末级大功率功放模块的散热面紧贴固定,热管内壁上设有毛细结构,并填充工作液体,热管冷凝段以特定的角度固定在功放模块和基板的两侧,热管的蒸发段与散热基板紧贴连接。利用热管内流动的工作介质,冷却大功率功率模块,再通过在热管冷凝段上加装散热翅片对大功率功放模块所产生的热量进一步散热。热管技术在大功率发射机上使用,具有可靠性高、稳定性强、冷却效果好等优势。显著提高了大功率功放模块冷却装置的散热能力,为大幅度提升发射机末级功放模块功率提供了散热保证,极大地提高了发射机的效率和稳定性。     

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.     

一种气-液翅片管式热管换热器的研制

热管技术是一门新型传热技术。近年来,热管换热器由于其具有高效、高导热、良好等温性,越来越得以广泛应用。本文依据给定的技术参数,设计研制了一种气-液翅片管式热管换热器,阐述了换热器的基本结构和工作原理,介绍了换热器主要结构的选型及设计。