基于相变材料的锂离子电池热管理

相变材料被动式冷却利用相变材料相变时温度基本保持不变吸收或放出热量的特性,对电池组进行热管理。该冷却方式具有寄生功耗低、温度均匀性好、吸收或释放热量多等特点。但由于相变材料导热系数普遍较低,难以满足电动汽车在高电流密度工况下的电池热管理要求,从而限制了相变材料在电池热管理中的进一步应用。如何有效地提高相变材料的导热系数,同时保证其储热能力和化学稳定性,成为了研究相变材料电池热管理系统的关键问题。通过强化传热措施包括添加导热颗粒、金属翅片、泡沫金属和膨胀石墨可提高相变材料的导热系数。总结了四种强化相变材料传热的措施的研究进展,并概述了其传热措施的影响因素和强化传热效果。     

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).     

基于电机余热回收的电动汽车综合热管理系统分析

为了降低电动汽车能量消耗，提高乘员舱舒适性，该文提出一种集空调、电池预热和电机余热回收为一体的电动汽车热管理系统。进行了电动汽车热管理系统设计与理论分析，制定了整车温度控制策略。在AMESim环境下搭建了由驱动系统、电池温控系统和乘员舱等组成的整车热管理系统仿真模型，对其在不同环境温度、不同运行工况下的特性进行了仿真分析。结果表明：在冬季寒冷工况下采用正温度系数(PTC)电加热器及电机废热共同加热乘员舱的方法，降低了乘员舱PTC电加热器的使用时间，电池荷电状态(SoC)在车辆运行中的消耗降低0.20%～3.98%,整车温度控制策略有效可行。     

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。     

锂离子电池热失控特性及电池火抑制过程

为了研究大容量锂离子电池不同种类的热失控特性以及水喷雾对电池火的抑制效果,选用75 A·h锂离子动力电池为研究对象,通过底部电热炉加热诱导电池发生失控反应,并使用水喷雾研究其对电池火焰的抑制过程.结果 表明:在底部功率2 kW且温度为500℃下,锂离子电池平均经过4800s加热后发生热失控现象,热失控共分为五个阶段:受热膨胀、大量烟气释放、形成喷射火、稳定燃烧、自然熄灭.电池表面热失控触发温度为144℃,热失控过程中表面和内部温度最高可达536.8℃和910.1℃,并出现了电压回升现象;水喷雾无法阻止内部反应的进行,可能出现喷射火或复燃现象,在水喷雾的持续作用下能够有效熄灭锂离子电池火焰.研究结果可为锂离子动力电池检测系统和灭火规范提供数据支撑.     

温度对沥青混合料导热系数的影响及预估模型验证

为提高就地热再生加热过程中沥青路面温度场的计算精度,采用理论分析和试验相结合的方法,对温度影响沥青混合料导热系数的规律、沥青混合料导热系数预估模型及沥青路面传热模型进行研究。研发基于一维稳态传热原理的单防护平板法沥青混合料导热系数测试装置,测试不同温度下集料、沥青胶浆和沥青混合料的导热系数以及沥青形态随温度变化的规律,分析温度影响沥青混合料导热系数的机理,对比不同模型预估沥青混合料导热系数的精度;将沥青混合料导热系数随温度变化的函数引入沥青路面传热模型,对沥青路面传热模型进行优化,并通过模拟加热试验,对优化前后沥青路面传热模型的精度进行对比。研究结果表明：随着温度的升高,沥青逐渐由固态转化为液态,SBS沥青的软化点在50℃附近,导致沥青混合料导热系数在低于50℃时,随温度的升高而增大,在高于50℃时,随温度的升高而减小;Williamson模型、并联模型、串联模型和陈则韶模型中,Williamson模型预估的沥青混合料导热系数与试验结果吻合度最好;考虑沥青混合料导热系数随温度变化规律的沥青路面传热模型更精确,预估的沥青路面加热功率曲线与试验结果重合度好,为沥青路面就地热再生加热过程中加...     

海底定点停驻无人水下航行器流体动力特性分析

在介绍海底定点停驻无人水下航行器（UUV）概念及工作过程的基础上,为了研究UUV上浮及下潜时大攻角下的流体动力特性以及辅推和支撑机构对流体动力特性的影响,采用计算流体力学（CFD）的方法,用Ansys ICEM对无辅推无支撑机构UUV、只有支撑机构的UUV、有辅推有支撑机构3种航行器外围流场进行结构化的网格划分,并利用软件CFX对3种模型的攻角从-90°变化到90°时93种工况下的流场进行了数值模拟,得到了各工况下航行器的阻力、升力及俯仰力矩数值.最后,对计算结果进行了汇总及分析,得到了3种UUV的阻力系数、升力系数及俯仰力矩系数随攻角的变化曲线,并分析了UUV的阻力、升力、俯仰力矩特性以及辅推、支撑机构对航行器的流体动力特性的影响.     

镍氢电池充放电传热过程模拟

结合实验数据和理论分析,建立了D型镍氢电池的传热模型.用该模型对电池的充放电过程进行模拟,并且给出了电池内部的温度分布.与实验测量值比较,两者结果吻合较好.该模型和相应的模拟为进一步研究电池的发热特性、改善其温度性能提供了有益参考.     

单颗粒印刷线路板热解传热特性模拟研究

建立了单颗粒印刷线路板的传热模型,模拟了热解传热过程,分析了比热容、导热系数和反应热等参数对线路板颗粒温度变化的影响,并通过热重实验对模型进行验证分析.结果表明:在热解过程中,越靠近颗粒中心的部分,比热容变化对颗粒温度变化的影响越明显;在考虑与不考虑比热容变化两种条件下,线路板颗粒温度偏差最大可达21%;线路板颗粒导热系数存在各向异性特点,对于不同区域,y方向和z方向导热对温度变化的影响效果不同;实验与模拟热重曲线的热失重率差仅为9.78%,表明该传热模型设计较为合理.     

一种基于IMM-ABSE算法的锂离子电池组SOC估算

信号噪声干扰、电池模型对温度与老化的适应性及单体不一致性等因素直接影响电池组电荷状态(State of Charge,SOC)估算精度.为实现锂离子电池组SOC的准确估计,提出了一种使用交互多模型(Interacting Multiple Model,IMM)和自适应电池状态估计器(Adaptive Battery State Estimator,ABSE)相结合的估算方法.首先,基于电池组综合特性建立电池交互模型,通过ABSE对单体SOC进行估算并嵌入IMM模型中.然后,计算各模型的信息分配因子,并根据信息分配因子对各模型的SOC进行概率融合,得到精度较高的电池组SOC.最后,在不同温度的组合工况下,评估该算法的鲁棒性和普适性.实验结果表明,该方法适用于系统输入信号存在噪声、全气候工况和单体间存在不一致性的环境,在有效充放电期间平均误差小于2%.     

磁性液体奇异的传热特性

磁性液体相比于传统的传热流体来说具有较高的导热性能和传热性能,其流动和传热过程还可以通过磁场控制,因此,磁性液体为强化传热带来了新的机遇,众多研究学者对磁性液体的传热特性进行了研究.通过对近年来有关磁性液体传热特性方面的研究进行整理和分析,总结了磁性液体导热系数和对流传热的实验研究方法,得到了不同的磁性颗粒参数、温度和磁场等因素对磁性液体传热特性的影响;详细阐述了磁性液体在有无磁场下导热系数的研究结果,并对影响导热系数的机理进行了归纳;阐述了磁性液体的对流传热在实验和数值研究方面的进展;指出了磁性液体在传热特性研究方面的进一步工作方向,并对磁性液体在强化传热和传热设备中的应用进行了展望.     

线性差分双极性电池堆电池数学模型及其求解

本文给出双极性电池堆电池数学模型.利用在模拟电流回路中的电流平衡和电势平衡建立常系数线性差分方程组,及其求解电池堆泄漏电流等,并对计算结果进行分析和讨论,调整各参数使电池堆达到最佳状态.采用本文的差分方程组法比Katz 和Szpak 等的矩阵法简单方便,并且更有效.     

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。     

单一压力容器氢镍电池电堆的温度场仿真

针对一实际空间用单一压力容器氢镍电池的实际传热特点,建立氢镍电池电堆的传热数学模型,采用有限差分的数值求解方法,对电堆中间层单片电池求解,并与实际测量数据进行对比.在验证模型有效性的基础上,分析了极堆内电池的温度场分布特点,为氢镍电池的热分析和热控制研究提供了理论基础.     

碳纳米复合相变材料熔化传热的理论分析

针对传统相变材料导热系数低的缺点,将高导热碳纳米材料添加到相变材料基体中可强化其相变传热.对碳纳米复合相变材料熔化传热过程进行理论分析,研究碳纳米材料导热系数、添加体积比以及材料形状对熔化传热的影响.研究表明:提高碳纳米材料的添加体积比,相变材料熔化速度随之增大;碳纳米材料的形状对复合相变材料熔化传热性能有显著影响;在高导热系数范围内,碳纳米材料导热系数变化对复合相变材料熔化传热性能的提升影响甚微.     

锂离子电池系统建模仿真

动力电池测试是动力电池研究的基础,而建立和选择合适准确的电池模型对于电池管理系统开发具有重要意义.为了解决电动汽车仿真时电池模型选取的问题,分别系统的建立了Thevenin模型,Gassing模型以及AVL电池模型,其中,Thevenin模型和AVL电池模型实质上分别为一阶等效电路模型和三阶等效电路模型,而Gassing模型是一种半机理半经验模型.三种模型在非极限工况下,都具有较高的精度,Thevenin模型和AVL电池能够更加准确地描述电池极化环节,AVL电池模型和Gassing模型在剧烈变化工况下误差很小,而Gassing模型能够很好地描述电池在极限工况下的动态特性,且可以反映出温度与内阻的动态变化.     

相变控温光伏电池组件

分别以低温石蜡和聚乙二醇作为相变控温材料与光伏电池结合制备相变控温光伏组件(PV/PCM).实验研究了两种相变材料、聚乙二醇用量以及相变导热结构对组件的控温效果;实验室与现场测试了PV/PCM组件的温度-光辐射-功率曲线.研究表明,聚乙二醇作为相变控温材料效果更佳;增加相变材料用量,控温时间延长,但两者间并非线性关系;采用钢丝束能有效加强传热效果.聚乙二醇PV/PCM组件的最大冷却度达30℃,冷却时间可达6h,组件的开路电压提高6%,功率提高10%.     

锂离子电池电-热-机耦合特性实验研究及关键参数辨识

针对锂离子电池的电-热-机耦合特性,设计了一套耦合特性综合测试系统,进行了电池不同倍率充放电工况下电-热-机耦合特性的测试与分析,以探究电池电特性、形变、温度的时间演变规律与空间分布特性,可以得到电池荷电状态(state of charge,SOC)-形变曲线具有明显的分段特性,可以辅助磷酸铁锂电池SOC估计的修正。基于该系统测试结果研究了电池充放电过程形变产生的机理,并进行了电池热膨胀系数的参数辨识。实验结果表明:高倍率放电时,在放电初期和中期电池边缘部分膨胀,放电后期收缩,而中心位置在放电初期和中期收缩,后期膨胀;低倍率放电时,电池表现为放电初期和后期整体收缩,中期整体膨胀。研究结果可为电池内部电-热-机耦合特性的理论分析与测试管理提供依据。     

用于锂离子电池热安全保护的正温度系数材料

研制了一种新型的正温度系数(PTC)材料取代锂离子电池用导电剂,利用其高温下的金属-绝缘体相变导致的电导率变化对锂离子电池进行高温保护.通过对比,研究了高温下常规锂离子电池和加入PTC材料的锂离子电池的抗高温性能以及PTC材料在电池中的电阻温度变化效应.结果表明,温度高于80 ℃时该PTC材料在电池中的PTC效应非常显著,有效地改善了锂离子电池的热安全性.     

石蜡和石墨复合相变材料的导热性能研究

石蜡作为相变材料的不足之处在于石蜡的导热系数低.为了改善石蜡的导热系数,实验利用导热系数较大的石墨和具有较高储热能力的石蜡制备出复合相变储能材料,分析了储热、放热过程中,石墨对石蜡传热特性及相变的影响.结果表明:石墨的掺入增加了复合材料的导热速率,减小了传热的波动性;复合材料的相变时间明显提前,固液相界面的移动加快,相变时间范围明显缩短,而相变温度区间基本不变.