工程机械动力电池液冷结构分析及温度优化

针对电动工程机械动力电池的温升发热导致温度分布不均及局部温度过高的情况,设计了动力电池组液冷散热结构的初步方案,建立了电池组液冷模型,设计不同冷却电池的管道结构,通过ANSYS Fluent对其进行温度场仿真,仿真结果表明:采用双进双出的双向液冷管道布置方式可以更好地降低电池的最高温升并将电池组的最大温差维持在5℃之内。对比不同冷却液入口流量下电池的温度分布,表明电池组的最高温度和最大温差随着冷却液流量的增加而降低。     

基于CFD仿真的分流翅片液冷板传热特性研究

锂离子电池的化学过程将产生大量的热,必须对产生的热量进行管理,防止温度过高导致电池性能衰减.针对具有分流翅片液冷板的方壳锂电芯模组建立了三维模型,并对模组在1C、2C和3C的放电倍率下,仿真研究动力电池模组的温度分布和液冷板内部的传热特性.结果表明,模组顶部温度高于底部温度,并且随着放电倍率增大,模组最大温差也增大,而电芯平均温度分布情况相似.冷却液温度由入口到出口处逐渐升高,分流翅片有效加强了冷却液的局部流动,提高了冷却液与电芯的传热效率.     

电池液冷系统冷却板厚度对散热性能影响研究

带冷却板的电池液冷系统因体积较小、结构稳定及冷却效果好,得到了普遍的关注。之前的学者对冷却板材料、管路结构、环境温度和冷却液入口状态对冷却板散热性能的影响做了较多研究,但对于冷却板厚度对散热性能影响的研究却很少,因此利用流体力学仿真工具,对不同厚度冷却板的冷却模型进行有限元分析。结果显示,不同厚度冷却板下,电池模块温度变化较小,但冷却液出入口压降值变化较大。又进行不同放电倍率下,冷却液入口状态参数(温度与质量流率)的研究,发现冷却液入口温度与电池模块最高温度、最低温度之间呈线性变化;冷却液入口质量流率的变化可以同时引起电池模块最高温度和模块间温差的变化。     

某微通道液冷板的结构设计与优化分析

这里以某雷达T/R组件的液冷散热为研究对象,提出了一种新型两进两出U型微通道液冷冷板设计。在保证计算机模拟参数不变的条件下,利用ICEPAK数值模拟的方法,通过分析比较仿真结果,对原单层支流道的冷板进行结构优化,引入双层微通道支流道设计理念。同时,对这两种总体方案进行试验验证,试验结果与ICEPAK仿真结果基本一致。研究结果表明：双层微通道流道的引入显著改善了冷板的散热性能;综合分析液冷板散热效果和进出口冷却液压差,最终选定双层梯形微通道流道设计方案。     

高温环境下动力电池大倍率放电散热分析

以某18650锂离子动力电池组为研究对象,设计了一种液冷散热的方法,研究在高温环境下,电池大倍率放电时的散热效果,并探究三种不同的冷却液进出口位置和六种不同的散热管道位置对电池组散热性能的影响.结果表明:无论哪种冷却液进出口位置和散热管道位置均能使电池组最高温度、最低温度和最大温差分别不超过37℃、35℃和2.5℃;c...     

一种基于干湿分离动力电池液冷系统的热管理研究

动力电池作为新能源车核心部件,其工作的可靠性、安全性尤为重要。当前主流的电池热管理方式为液冷板安装于电池模组上壳体中,位于电池模组下方,这种布局方式,如果液冷板发生泄漏,冷却液会直接漏入电池模组上壳体中,对动力电池安全造成很大的隐患。本文简要阐述一种干湿分离的动力电池液冷方案^[1],即在水冷系统与电池模块之间增加一层隔离板,类似“三明治”结构,热传导路径：模组底部—导热材料—隔离板—导热胶—液冷板,可以达到“干湿分离”的效果,即使冷却液泄漏也不会影响电池模组的安全性,极大地提高了动力电池的安全性能。     

基于Kriging模型多目标遗传算法的高功率动力电池包冷却性能研究

电芯温度对动力电池包性能的影响极大,为了降低某液冷型动力电池包在高倍率放电工况下的最高温度以及提升电池包的能量密度,对电池包模组进行冷却结构参数优化.首先建立了单体电芯放电发热模型和电池模组计算模型,并对电芯放电发热模型进行试验标定.接着以电芯间距和冷却液进口温度为优化变量,电池模组最高温度和体积为优化目标,最大温差、电芯间距和冷却液进口温度为约束条件,利用拉丁超立方法对优化变量进行参数化组合样本的建立,结合Kriging代理模型和多目标遗传算法对电池模组进行寻优求解,优化结果显示:相比于原始的最高温度下降了9.7％,最大温差下降了12.5％,电芯间距体积减小了7.1％.最后依照优化结果进行样件的试制并完成台架试验,优化结果与试验测试值具有良好的一致性,验证了优化方法的有效性,为提升电池包的散热性能和能量密度提供理论参考.     

基于双进双出流径液冷系统散热的电池模块热特性分析

选取双进双出流径液冷系统作为研究对象,采用试验的方法,对2并12串的电池模块热特性进行分析,结果表明：室温下,液冷系统的散热性能并不是随进液流量增大而改善的,而是呈现先提高后降低的趋势,进液流量为450L/h时满足最佳散热要求,同时也具有最佳的散热效率;电池模块中部间隙增大4mm时的散热性能同样不是随着进液流量增大而改善的,与原电池模块相比,最高温升和内部最大温差均有所降低,散热性能得到改善;35℃环境温度下,相同进液流量时的电池模块内部温差较室温时变大,
可见冷却液温度过多地低于环境温度并不一定会改善电动汽车液冷系统的散热性能,
而45℃环境温度下液冷系统的散热性能更差。所得结论为液冷系统散热性能分析提供了参考依据。
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锂离子电池模组热扩散结构的优化

液冷具有良好的散热性能，对于保证锂离子电池模组在适宜的温度下正常工作具有重要意义。这里提出了一种新型的复合液冷的热扩散结构，冷板位于电池的下方，并通过导热柱和热扩散板与电池的侧面连接，这样既可以避免漏液造成电池短路的风险，又可实现电池底部和侧面协同散热。通过正交试验设计和数值模拟相结合的方式，对液冷结构参数进行热性能优化。由极差分析和方差分析可知，导热柱半径对电池模组的热性能影响最大，其次是导热柱高度和散热板厚度，而电池间距的影响最小。当导热柱半径为3mm，热扩散板厚度为2mm，导热柱高度为45mm，电池间距为4mm时，可以获得最佳的冷却性能，该优化方案即使在低流速下（0.01m/s），也能将电池模组的最高温度和温差分别控制在50℃和4.7℃以下。     

某电动车辆动力电池组散热研究

选择以液冷板作为电动车辆动力电池冷却方式的热管理系统为研究对象,采用仿真模拟的方法,应用有限元仿真软件Ansys建立动力电池-液冷换热器耦合模型,对不同截面流道下的液冷板对动力电池组温度分布的影响进行了研究,并以此为基础,提出导热强化方案,对比分析铝片与石墨片两种导热材料对于控制电池组温度与改善电池组温均性的影响.结果 表明:正方形截面流道较圆形截面流道更能有效降低电池组最高温度及流道进出口压差,但同时会增加电池组的温度不均匀性;导热强化方案可有效改善电池组温均性,但在控制电池组最高温度方面作用不明显,并且同等重量下石墨片的导热强化效果高于铝片.     

磷酸铁锂电池组液冷方案数值研究

应用COMSOL仿真软件构建磷酸铁锂电池的电化学热耦合模型,针对电池组设计具有蛇形通道的冷板液冷结构,对冷却液入口温度、流速和截面形状对电池组冷却效果的影响进行对比分析.结果表明,在边界条件相同的情况下,较低的入口温度和较大的入口流速能带来更好的冷却效果,为电池热管理的液冷方案提供了研究基础.     

三角形与梯形凹槽微通道流动换热特性试验研究

为研究壁面凹槽对微通道热沉流动和传热性能的影响，设计了两种侧壁具有不同凹槽结构的微通道热沉模型，以去离子水作为流体介质展开试验，并通过综合进出口压降、摩擦因子、加热面温度、努塞尔数和综合传热因子评价侧壁凹槽结构对流动换热特性的影响。结果表明，当凹槽开口长度同为1 mm、开口倾角同为25°时，三角形凹槽微通道的压降相对于梯形凹槽最高提高了9.36%；当加热功率同为240 W、入口温度同为20℃时，三角形凹槽微通道散热能力始终大于梯形凹槽微通道；当通道内雷诺数处于试验设定的500～3 500区间时，三角形凹槽微通道的流动与传热综合性能始终优于梯形凹槽微通道；设计微通道热沉侧壁凹槽结构应优先考虑三角形凹槽结构。     

内置式温差发电器流固耦合数值仿真

建立了内置式温差发电器的物理和数学模型,并对该模型进行了详细的阐述,网格划分和数值仿真完成后,得到了稳态下内板的温度分布场。通过对内板温度场的研究和分析可以得到结论:降低冷却液温度和提高冷却液流速有助于提高内置式温差发电器的发电性能,梅花形结构内板的内置式温差发电器的发电性能比一字形结构内板的内置式温差发电器的发电性能更好。该结论对提高内置式温差发电器的发电性能和优化内置式温差发电器的结构有着重要作用。     

动力电池温度集成控制系统设计与研究

本文以非公路机械动力锂电池为研究对象,围绕动力电池低温加热与高温散热两大关键环节,开展动力电池温度集成控制系统设计与研究。鉴于温度对电池性能及寿命的影响,本文采用挤压成型的铝制型材液冷板,长圆形冷却液道截面,并行布置于模组底部与侧面的方式,实现电池模组的多方向冷却。同时,在电池模组两侧加装电阻式加热片,可使低温下的电池快速升温至适宜温度,确保动力电池发挥良好的充放电性能。动力电池温度集成控制系统能够有效解决电池模组单体电芯温差过大等问题,为动力电池安全高效工作提供强有力保障。     

某电液比例负载敏感多路阀滑阀的CFD数值研究

以LBF20型电液比例负载敏感多路阀的滑阀阀芯为研究对象,分析该电液比例负载敏感多路阀的工作原理及流量压力特性,建立以滑阀阀芯为中心的装配体,再通过CFD软件Fluent对三维流体域进行仿真,分析了不同阀口开度下流体域的速度、压力。研究表明:当进口速度与出口压力恒定时,随着阀口开度的增加,阀口处的最大速度值、最大压力值、进出口压差、射流角均逐渐降低;当进出口压差恒定时,随着阀口开度的增加,通过滑阀阀口的流量增加,流体域内压力变化梯度减小,减小了漩涡产生的可能性。研究结果对电液比例负载敏感多路阀系统的性能和结构优化具有指导意义。     

基于分流式热沉的锂电池热管理系统研究

锂电池热管理的目标是为了确保电池组的最大温度和电池单体之间的温差在合适的范围内,本文通过数值模拟研究了分流式热沉和矩形直通道热沉对方形锂电池包在1C放电倍率下冷却效果,结果表明:分流式热沉具有更加优良的换热性能和热均匀性,在入口流量为0.03~0.27kg/s范围内,冷却液为进口为300K的水和乙二醇混合物,相较于矩形直通道热沉,分流式热沉可以将电池包的最大温度降低2°,电池单体的最大温差相较于矩形直通道降低最高可达72%。     

某低剖面相控阵天线液冷冷板结构设计

针对某紧耦合相控阵天线中密集组件的散热问题,提出一种轻型多孔液冷冷板结构设计。不同于传统的平直型和仿生型微通道,该冷板在避开数量众多器件插孔的前提下,采用铝合金3D打印形成内部流道,在进出水口设计叉排肋柱对冷却液进行分流,从而最大程度地增大了冷却面积,并且减轻了结构质量。运用Flo EFD对该冷板进行传热仿真计算,运用ANSYS进行强度校核。经过试验验证,该轻型多孔液冷冷板能完全满足多通道T/R组件巨大的散热需求,对相控阵天线结构小型化设计具有一定的参考价值。     

电池热管理系统散热结构的设计和仿真

为了更加有效地控制电动汽车电池的工作温度,研究了一种铝板/相变材料/液冷电池热管理系统散热结构,采用CFD软件模拟仿真。研究了铝板厚度、水管数量、质量流量、导热系数、相变温度和进水温度等因素对电池散热的影响。通过对电池温度场的模拟仿真,合理控制因素之间的相互影响,将参数取值进行优化,使电池的最高温度和最大温差能够控制在44.19℃和3.18℃,此温度能够很好地满足电池的工作温度,表明铝板/相变材料/液冷相结合的新型散热结构能够较好地控制电池的温度均匀性和有效性。     

液冷通道分布优化设计的仿真和试验研究

以换热量最大为目标进行液冷通道分布优化设计,构建拓扑优化设计数学模型,采用霍尔姆兹偏微分方程形式的密度过滤避免拓扑形态出现棋盘格现象;同时,采用双曲正切投影方法以得到清晰的流体通道拓扑形态。对不同进出口布置的典型算例进行优化设计,设计结果与传统直通道比较,通过有限元数值模拟,以最高温度为评价指标,对比各进出口布置的拓扑优化通道与传统直通道的散热性能。仿真结果表明,拓扑优化通道比直通道的最高温度低,且采用垂直对角出入口布置散热性能最佳。进一步制作液冷板,通过试验验证了设计方法的有效性及数值模拟的准确性。     

多结构形式小通道液冷板散热性能对比研究

小通道冷板作为一种有效的热控装置,已被广泛应用于高热流密度电子器件的热管理领域。文中以通道特征尺寸为2 mm 的串行、并行以及射流冲击/小通道混合液冷板为研究对象,旨在获取这3种结构形式冷板的极限散热能力和流动阻力损失的差异。研究结果表明：在相同冷却工质流量条件下,3种冷板的散热功率由大到小依次为串行通道、并行通道、射流冲击/小通道混合液冷板;串行通道冷板的板内阻力损失明显大于其余两者;在综合考虑压力损失和散热性能的基础上,根据不同热源热流密度条件选择合适的冷板结构,有望满足特定应用的需求。该研究可供小通道液冷板的设计和优化参考。