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.      

不同入口方案对圆柱锂离子电池空冷散热的影响

基于风冷的电池热管理系统具有结构简单和成本低等优点,本文利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件,对由48块圆柱锂离子动力电池组成电池包的风冷散热情况进行了研究,讨论了不同入口风速、入口风温度和入口数量对电池包温度分布的影响。结果表明:随着入口风速的增加,电池模组的最高温度和最大温差降低,当入口风速大于3 m/s后,降低速度明显减小。另外,增加入口温度,可以有效降低最高温度,但是对于电池包的温差影响很小。与单入口方案相比,三入口方案的最高温度和最大温差分别降低了1.64 K和1.58 K。本研究可对电池包风冷散热的改进提供参考。     

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.     

18650锂离子电池组液冷散热仿真研究

针对动力电池组散热效果不佳的问题,以18650锂电池为研究对象,设计了一种直线形液冷管道的散热结构,利用COMSOL软件对所设计的散热结构进行温度场模拟,分析了冷却液雷诺数、冷却液初始温度、通道数量、冷却液流向对电池组散热性能的影响。可知,冷却液的初始温度与放电结束时电池组温度呈正相关;散热效果不会随着冷却液雷诺数的持续增加而提升,雷诺数增大至350时,最高温度稳定在302.3 K;通道数量和冷却液流向对散热性能有一定影响,Re=50时,三通道的电池组最高温度比一通道下降0.69 K,而温差下降了2.09 K。因此合理的优化冷却流道数量和冷却液流向会使散热更均匀。     

新能源汽车锂电池热管理系统热性能分析与优化控制研究

为了提高新能源汽车锂电池的使用寿命和性能,本研究通过仿真、试验对新能源汽车锂电池的热管理系统进行了分析。首先建立了锂电池组和冷却结构的计算模型,然后设计了锂电池热管理系统,在此基础上,对锂电池热管理系统冷却结构进行了优化,最后,分析了计算模型的仿真结果和热管理系统冷却结构散热性能仿真结果。影响锂电池热管理系统散热的因素包括冷却液流量、冷却液入口温度和放电倍率。结果表明,本研究所建立的计算模型是可行的,当确定了最优结构、冷却液流量值、冷却液入口温度和放电倍率时,在最优参数下,锂电池热管理系统具有良好的冷却效果,研究结果可为新能源汽车的热管理和散热技术提供坚实的理论基础。     

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。     

储能锂电池包强制风冷系统散热设计及热仿真分析

为了开发更高效的储能风冷热管理方案,以锂电池包为研究对象,提出了一种“侧向间隙进风,前端出风”的新型强制风冷散热系统。采用数值方法研究了进口速度、高度和温度对于该风冷系统散热性能的影响。通过实验测量对数值计算进行了验证,实测结果与仿真结果显示了良好的匹配性。研究结果表明：在该强制风冷系统下,电池温度敏感区位于最前和最后端电芯。该区域温度最高,而循环涡的产生有助于降低该处温升;相比于端部电芯,位于中部的电芯表面温度较低,且温度分布更为均匀;进口速度和高度的增加不同程度地降低了电芯整体的温升和温差,而进口温度变化对于温升和温差的影响并不明显。     

电热冷联产光伏辐射板集热集冷性能优化

建立了电热冷联产光伏辐射板(PV/R)组件三维计算流体力学模型,采用Fluent软件进行了夏季晴天工况下管间距和操作流量对组件集热集冷性能影响的模拟分析与优化,并探讨了PV/R组件的经济性和运行模式.集热模式下,PV/R组件电池平均工作温度能控制到50,℃以下,增加流体流量、减小铜管间距有利于降低电池工作温度,但减小管间距不利于集热温度和集热效率的提高.集冷模式下,提高流体与环境之间温差能有效提升辐射制冷功率,流体与环境温差为5~10,℃时,辐射制冷功率达到40~90,W/m~2.权衡集热和集冷性能,PV/R组件优化管间距和适宜流量范围分别为130,mm和180~240,L/h,对应的集热温度、集热效率和辐射制冷功率分别为38~45,℃、48%,~52%,和50~60,W/m~2.     

半导体冷藏箱热端最佳散热方式的实验研究

从提高半导体冷藏箱制冷效率入手,通过对小型半导体蓄冷箱热端散热情况分析,建立了热端散热实验系统.分别对风冷散热、热管散热、热管与风冷组合散热三种散热方式进行了综合实验研究.分析其散热方式的特点及优势,研究在不同散热方式下冷藏箱制冷性能,找出使冷藏箱整体运行效率达到最优的散热方案,对今后半导体冷藏箱热端散热的进一步优化起到了重要的推动作用.     

平面热管与液冷作用下锂离子电池热管理系统散热特性

锂离子电池的工作温度需要保持在合适的范围内,才能获得更好的性能和更长的使用寿命。本文提出了一种平面热管与液冷相结合的锂离子电池热管理系统,通过搭建的锂离子电池发热功率测试平台确定不同放电倍率下单体电池的发热功率,建立热管理系统三维有限元模型,分析不同放电倍率、冷却液流量及冷却液流动方向对散热性能的影响。结果表明,在3 C放电倍率下,最高温度可以控制在50 ℃以下。与相同进液方向相比,不同进液方向下电池包最大温差降低了17.30%。     

电动汽车动力电池组液冷散热优化

电动汽车动力电池在充放电过程中快速产生大量的热量,开展高效散热设计有利于提升电池组工作效率及其安全性。采用冷板和电池组相结合的方式进行电池组液冷散热设计,以50℃作为临界最高温度进行研究,结果表明冷板与电池组采用侧面侧方布置时电池表面平均温度最低,温度均匀性较好。满足散热设计对应的相间侧向所需质量流量最小且为0.05 kg/s,而相间上向模型的压降最小。因此,电池组散热设计时可优先选择电池单体与冷板相间布置的结构。     

基于 AMESim 的动力电池组并联回路水冷系统研究

针对现有风冷系统和串联回路水冷系统在降低电池组最高温度和减小单体电池间最大温差不足的问题, 提出了一种并联回路形式的水冷系统。 在分析锂离子电池生热机理的基础上, 建立电池的温度模型, 并在 AMESim(Advanced Modeling Environment for Performing Simulation)软件中搭建并联回路的电池组水冷系统, 同时 通过仿真实验与串联回路水冷系统进行散热性能对比。 其结果表明, 联回路形式的水冷系统散热效果更好, 在 维持电池组最高温度的基础上, 有效减小了单体电池间的温差, 并为进一步研究并联回路水冷系统的控制算法 打下基础。     

半导体制冷效率及空间冷量传递特性试验研究

半导体制冷效率的大小取决于热电堆冷热端的温差,而强化热端的散热与强化冷端的冷量散发有利于降低热电堆冷热端的温差,从而提高半导体的制冷效率。本文探讨了由半导体冷端提供准量进行制冷的空间温度在自然对流和强制对流状态下随时间变化的规律。结果表明强制对流有助于冷量的传递和制冷效率的提高。     

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％.     

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.     

电动汽车锂离子电池组内散热特性数值模拟研究

锂离子电池组涉及数据规模庞大,传统方法无法有效实现对其散热特性的研究,为此,提出一种新的通过数值模拟方式研究电动汽车锂离子电池组内散热特性的方法。介绍了锂离子电池组工作原理,分析了锂离子电池的充放电过程。通过雷诺平均法进行雷诺时均处理,获取电动汽车锂离子电池组内散热控制方程和湍流方程。介绍了初始和边界条件,通过CFD实现控制方程的求解。依次进行了锂离子电池表面散热特性数值模拟、不同风孔大小下电池组散热特性数值模拟、不同倍率充放电后电池组散热特性数值模拟以及不同环境温度下电池散热特性数值模拟。实验结果表明,锂离子电池中心垂直截面和上下壁面的温度分布均为中心最高,壁面较低,壁面温度梯度大,热量散失速度快;在风孔大小和出口大小相近,充放电倍率为1C时,电动汽车锂离子电池组内散热性最佳;环境温度越低,电池温度升高幅度越大,散热性能越好。     

半导体制冷技术的研究现状及发展方向

半导体制冷技术是一门以热电制冷材料为基础的新兴制冷技术.通过阅读大量文献,从热电材料、结构设计、冷热端散热方式3个方面对半导体制冷技术近年来的研究热点和成就进行了总结和论述,并指出了半导体制冷技术的发展方向.热电材料决定了优值系数Z,可以从根本上提高材料的制冷性能,但研究难度较大,发展缓慢;优化结构设计可以有效地提高制冷单元的实际性能系数,重点在于优化尺寸因子G和热电阻,缺点是实际加工工艺复杂;减小热电偶冷热端的温差有利于提高制冷量,可以大幅提高制冷系数,有效的散热方式是提高半导体制冷效率的重要因素.     

Constructal entransy dissipation rate minimization for a heat generating volume cooled by forced convection

The geometry of a heat generating volume cooled by forced convection is optimized by applying the entransy dissipation extremum principle and constructal theory, while the optimal spacing between the adjacent tubes and the optimal diameter of each tube are obtained based on entransy dissipation rate minimization. The results of this work show that the optimal constructs based on entransy dissipation rate minimization and maximum temperature difference minimization, respectively, are clearly different. For the former, the porosity of the volume of channels allocated to the heat generating volume is 1/2; while for the latter, the larger the porosity is, the better the performance will be. The optimal construct of the former greatly decreases the mean thermal resistance and improves the global heat transfer performance of the system compared with the optimal construct of the latter. This is identical to the essential requirement of the entransy dissipation extremum principle that the required heat transfer temperature difference is minimal with the same heat transfer rate (the given amount of heat generated in the heat generating volume) based on the entransy dissipation extremum principle.     

Constructal optimization on T-shaped cavity based on entransy dissipation minimization

The entransy dissipation extremum principle provides new warranty and criterion for optimization of heat transfer. For a heat transfer model of a rectangular solid wall with an open T-shaped cavity, a dimensionless equivalent thermal resistance based on entransy dissipation is taken as optimization objective, and constructal optimization for the model is carried out when the system volume, the cavity volume and the volume of rectangle occupied by T-shaped cavity are fixed. Numerical results indicate that the optimal geometry construct of cavity can be schemed out based on entransy dissipation extremum principle. The formulation of dimensionless global （maximum） thermal resistance presented in a literature is modified; some new rules which are different from those reported in the literature are obtained based on the minimization of the modified objective. Comparisons of the numerical results show that the optimal system constructs deduced respectively from the two thermal resistance objectives are very different. The optimization by taking equivalent thermal resistance minimization as objective can more effectively reduce mean temperature difference of heat transfer than the optimization by taking maximum thermal resistance minimization as objective, so that the performance of heat transfer for the total system can be improved. The more freedom the cavity has, the better the total system performance is. The correlations of the equivalent thermal resistance and the maximum thermal resistance of the system and three geometric degrees of freedom are found by using function fitting.