基于主被动冷却耦合的棱柱电池热管理系统研究

随着电动汽车电池包容量的增加和电池单元能量密度的提高,电池的热管理已经成为当前电动汽车设计制造过程中的重点和难点。本文基于单个电池单元和电池模组逐级热分析的方法,在电池模组的热管理系统中,引入液冷板作为主动式制冷,同时采用风冷和均热板作为被动式制冷。首先,通过对单个电池单元进行细致建模,计算得到不同电池单元放电倍率下的产热量。然后,对组装成的电池模组进行主动和被动热管理系统的建模。接着,分别对两种不同的热管理系统—风冷与液冷耦合系统、液冷与均热板耦合系统进行最高温度和温度均匀性的模拟仿真,并选择冷却性能更优的结构。最后,对选定的热管理系统在不同质量流量下对系统冷却效果的影响进行优化设计。研究结果表明,随着冷却液流量的增加,最高温度呈现下降趋势,且在2.125 L/min之后冷却效果趋于平缓。综合考虑冷却效果和系统能耗,2.125 L/min的进口流量是在液冷与均热板耦合系统下的最佳选择。     

基于并联-倾斜流道液冷板的锂电池组大倍率放电液冷散热研究

以方形磷酸铁锂电池组为研究对象,在传统的并联流道液冷板结构基础上进行优化设计,提出了并联-倾斜流道液冷板,对两种液冷板下6 C大倍率放电的电池组散热性能进行对比。随后,对并联-倾斜流道液冷板开展单因素分析,研究在不同冷却液质量流量和液冷板结构参数(流道宽度、入口宽度和流道倾斜角度)下对电池组散热性能的影响。最后,设计正交实验对获得的仿真结果进行极差分析,结果表明并联-倾斜流道液冷板最优的结构参数组合是流道宽度12 mm,入口流道宽度15 mm,流道角度70°,质量流量30 g/s。在相同的30 g/s质量流量下,最优结构参数组合下电池组的最大温度、最大温差和液冷板的压降相比并联流道液冷板结构分别下降了0.45%、2.96%和29.08%。     

基于高功率密度芯片应用的微流道散热研究

为了解决高功率密度芯片的散热问题,设计了 3种微流道液冷板,分别为平直翅片液冷板和2种分段翅片液冷板,利用ANSYS Fluent软件比较它们的散热特性,研究发现平直翅片液冷板散热效果最好.对影响液冷板散热性能的因素(进口水温、进口流速、环境温度)进行了仿真分析,通过正交实验设计,研究了这3种因素对散热性能的影响程度.结果表明,上述因素对散热性能影响程度的主次顺序为:进口水温＞进口流速＞环境温度,为高功率密度芯片的散热设计提供了参考依据.     

基于均匀设计的电池组液冷结构多目标优化

为了获得动力电池组蛇形液冷结构的合理参数,提出了一种均匀设计法、BP神经网络算法以及多目标遗传算法相结合的动力电池组液冷结构优化设计方法。首先进行了单体电池温升试验,对电芯仿真计算模型进行了验证,为均匀设计试验与参数处理的数据准确性提供支持。然后以电池组温差与液冷结构压降为设计目标,以冷却液入口质量流量、冷却液入口口径及液冷管管道宽度为设计参数,通过均匀设计试验进行CFD仿真,获取液冷结构具体参数,并通过BP神经网络算法进行训练获得设计目标与设计参数之间代理模型。最后通过NGSA-Ⅱ多目标遗传算法对该代理模型进行计算获得Pareto解集,根据工程经验选取Pareto最优解进行优化结果验证和优化前后仿真结果对比。仿真结果表明：电池组最高温度降低5.06℃,降幅为14.3%;电池组最大温差降低4.88℃,较优化前下降51.5%;液冷结构压降上升122.8%,解决了负压问题,减小了冷却液压力损耗,验证了该优化方法的有效性。     

液冷板结构对电池模组液冷性能的影响研究

针对不同结构的液冷板,采用标准的k-ε湍流模型,运用有限元分析软件FLUENT对电池模组液冷板进行建模仿真.研究结果表明,双进出水口结构液冷板对冷却液的散热性能明显好于单进出水口,但对电池模组的液冷效果不理想.内置式液冷板结构液冷效果好于电池模组上置式液冷板结构,且散热均匀高效,从而确定了一种散热高效均匀的液冷板结构.为了验证建模仿真的可靠性,在设计生产出实物后,对内置式双进出水口液冷板实物模型进行了0.7 C放电液冷实验.实验结果表明,采用此结构的电池模组在放电时,温升的实验结果与仿真结果基本一致,在一定程度上验证了模拟仿真的可靠性.     

变接触面圆柱形锂电池组液冷散热的热特性

设计了一种液冷散热的新方法,考虑到沿液冷管道,经过热量的累积,末端的温度高于前端,因此在沿流道方向设定接触面积阶梯变化的散热铝块,电池热量通过铝块传递到液冷管道,显著改善温度的均匀性.采用STAR-CCM+软件模拟的方法,对比接触面变化与等接触面的热性能,结果显示,相对于接触面积恒定的模组,变接触面积的模组冷却效率提高4.82％,温度一致性程度降低1.1℃.     

改进液冷板结构后CTP动力电池包的热特性

液冷板结构对新能源汽车动力电池包的温度均匀性具有显著的影响。针对传统“口琴管”液冷板存在均温性差、漏液风险高等不足,改进液冷板设计。通过流-热耦合仿真方法研究了改进的“凸包”、“纵向”和“横向”流道的三种液冷板结构对CTP动力电池包低温加热及驱动耐久冷却工况下传热性能的影响,结果表明,采用“横向”流道结构液冷板,在低温加热工况下,电池包最大温差较采用“纵向”和“凸包”流道结构液冷板分别低7.8和4.4℃;在驱动耐久冷却工况下,电池包最大温差较采用“纵向”和“凸包”流道结构液冷板分别低1.6和0.8℃。通过台架实验对采用“横向”流道结构液冷板的电池包进行热工况验证,电池包最大温差在低温加热工况下不高于7℃,在驱动耐久冷却工况下不高于4℃。这表明“横向”流道结构的液冷板具有良好的热管理性能。     

电池模组垂直方向温度场仿真与实验分析

热管理系统在维持电池组内部热量均衡、使电池安全可靠、延长电池使用寿命方面发挥重要作用.利用Floefd软件对电池标准模组进行高度方向温度场热仿真分析,并开展验证实验.在电池组放电过程中测量模组底部、上表面、冷却板导热垫、侧板等高度方向各点温度,将仿真与实验数据进行对比分析.结果表明,典型工况时,电池模组上表面温度达到45℃,模组上表面与底面温度差12℃,与仿真结果10.77℃相近;模组和液冷板间的导热垫上下表面,温度差2℃,与仿真结果一致.     

微型管道与相变材料结合的锂离子电池热管理

针对电动车辆锂离子电池在放电过程中温度过高的问题,设计了不同的锂离子电池液冷板,研究微型管道数以及冷却液流量对锂离子电池温度分布的影响.同时采用微型管道和PCM相变材料相结合的方式来控制电池的温差,研究PCM的相变温度以及热导率对锂离子电池温度分布一致性的影响.结果表明:增加微型管道数和冷却液流量可以降低电池表面最高温...     

锂离子电池模组液冷散热设计

为了提高电池模组的散热效果,建立了电池模组的液冷散热模型,并且在常用的蛇形流道和并行流道的基础上对流道结构进行改进.利用Fluent软件仿真技术分析对比在不同结构下电池模组的散热效果,选定最佳流道结构.研究分析在不同冷却液进出口位置、流量、初始温度以及流道结构参数下模组的散热性能,结果表明:两侧液冷板的冷却液进口位置分...