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.     

[动力电池]基于电-热耦合模型的锂离子电池组热管理系统设计与优化

针对电池组放电过程各部位生热不均匀现象,研究了其生热机理,建立电池电-热耦合模型,得到电池单体电流密度及生热速率在电芯上的分布规律。基于该生热规律模拟电池模组在不同放电倍率下的温升,根据电池模组的热物性参数及冷却要求(电池模组温度控制在25~40℃,温差小于5℃)计算冷却水流速,并设计相对应的水冷结构。对比研究不同放电倍率、不同厚度导热板的电池模组仿真结果,得到最优导热板厚度(0.5 mm)。最后根据仿真结果对水冷系统进行优化,进一步减小了电池模组的温差。     

钢制多通道结构液冷板散热特性仿真分析

不锈钢多通道液冷板相比传统铝合金液冷板具有强度高、耐蚀性好、成本低等优点。基于Fluent软件建立了钢制多通道电池包液冷系统的CFD仿真模型，分析了不同通道数液冷板对电池温度和进出口压差的影响规律。结果表明：电池的温度随着液冷板通道数增加而降低，当通道数增加到46以后，对电池温度的影响逐渐趋缓；进出口压差随着液冷板通道数增加而增大，当通道数大于46,其进出口压差呈指数形式上升，综合考虑散热效率和泵功耗，获得了最优通道数及液冷板流道结构。在该结构基础上，对冷却液进口速度和冷却液温度进行了模拟分析。结果表明：冷却液进口速度越大，电池温度越低，但是冷却液进口速度达到0.5 m/s后出现热饱和现象；冷却液温度降低会降低电池的最大温度，但同时会增大电池的最大温差，综合考虑最大温度和最大温差，采用冷却液进口温度控制在25℃较为合理。     

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。     

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。     

连接排对电芯成组工艺和性能的影响分析

以某电动汽车电池模组为对象,研究了模组放电倍率、汇流排接触面积和电流I/O位置等设计参数对模组温度场电场的影响。通过对温度场分布的分析,考察了设计参数对电池单体和汇流排的温度变化、温度的均匀性以及二者之间热交换情况的影响。研究表明:电流放电倍率不仅对温升影响较大,还会影响汇流排和电池单体之间的热交换,高倍率电流充放工况下电池发热应该考虑汇流排电热效应的影响。接触面积和电流I/O位置会对电池单体温升、度均衡性以及电流均衡性产生不同程度的影响。     

动力电池组液冷散热仿真与实验研究

以某三元软包锂电池组成的实车电池组作为研究对象,采用一种基于口琴管的液冷方案,用COMSOL Multiphysics软件模拟研究冷却电池组的温度分布.得出结论:基于口琴管的动力电池组的液冷方案,在电池1C倍率放电结束后,测点最高温度为43.2℃,单体电池之间的最大温差为0.9℃,可以同时满足电池所需的降温和均温要求.通过实验对数值模拟进行验证,此方案能满足动力电池在正常温度范围内工作.     

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...     

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。     

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%。     

磷酸铁锂储能电池簇过充热失控蔓延特性仿真研究

储能电站集装箱是以电池簇即电池多模组为基础建立的,电池模组相对密集并且极端情况下电池模组的热失控容易造成电池簇蔓延从而引发更严重的后果.因此,有必要对储能环境中电池簇的热失控蔓延过程进行热场仿真研究.通过设计和搭建8.8 kW·h的磷酸铁锂电池模组试验方案进行不同充电倍率的过充试验,试验结果表明磷酸铁锂电池模组在0.4C的过充倍率时未出现燃烧现象,0.5C过充条件时出现燃烧起火现象.在试验的基础上,通过COMSOL仿真软件建立电池簇热场仿真模型,对不同倍率下电池簇的过充热失控蔓延过程进行仿真分析.仿真结果表明,电池模组0.4C倍率过充时不会引起电池簇内其他电池模组热失控,过充模组正下方的电池模组所受影响较大;电池模组0.5C倍率过充时上表面温度急剧上升,会逐级触发上方电池模组的热失控.本研究可为储能电站的过热安全防护提供理论和技术支撑.     

电池液冷系统的应用与验证研究

在简要介绍电池系统热管理技术的基础上,阐述了电池液冷系统的结构、工作原理及其控制策略,重点对电池液冷系统的冷却效果进行了验证对比。试验结果表明,使用电池液冷系统能够提高电芯温度一致性,能够降低电池温度、使电池系统温度保持在较为合适的范围内,进而延长电池系统的使用寿命。     

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。     

基于ANSYS的电动汽车动力电池温度场的研究

针对电动汽车动力电池在各种工况下的温升以及电池成组后温度场分布问题,应用有限元软件Ansys,对电池0．3C、1C放电至截止电压时的温升进行热仿真分析;对成组电池0．3C放电至截止电压进行了温度场仿真;对电池单体,分析了在电池上添加散热肋片时电池的温升。结果显示：随着电池放电倍率的上升,电池的温升越高,电池内外的温度不均匀性越大;电池成组后放电时会产生热量聚集现象,使位于中间位置的电池温度进一步上升;散热肋片能使电池最高温度下降2℃左右,但由于电池包中电池间隙太小导致其增加散热效果不明显。     

电动车供电单元的性能分析与仿真研究

针对电动车供电单元的控制温升问题,对电动汽车供电单元锂离子电池包的热特性进行了分析,对锂离子电池建立了数学模型,提出了锂离子电池的仿真研究方法。通过对锂电池内部结构的研究,了解其生热机理,采用Fluent软件,对电池的三维热模型进行了分析。分别仿真了在不同放电倍率和对单体电池温升的影响和不同温度对1C放电倍率的单体电池温升的影响,并将仿真结果进行了比较。研究结果表明,电池组的温升主要与充放电的倍率、电池所处的环境温度有关。充放电倍率越大,单体电池温升越快,且初始温度越高,相同放电倍率的单体电池温度越不均衡。     

基于动态内热源特性的车用锂离子动力电池温度场仿真及试验

针对电动汽车动力电池在充放电工作过程中由于热量聚集而导致的温度场非均匀性问题,采用数值仿真与试验相结合的方法,基于电池内阻温升特性,考虑耦合正负极耳的热影响,建立生热速率的时变内热源模型,获得更加精确的电池温度场分布及其动态变化规律,并深入进行温度一致性分析。以某车用锂离子动力电池为样本,对电池单体及模块分别进行温升计算和三维温度场分析及相应的测试试验。结果表明:同一充/放电倍率下,放电温升明显大于充电温升,且电池最大温差随着倍率的增大而增大;电池的温升是一个随时间先增大后恒定的非线性变化过程,且随着放电倍率的增大电池温升速率越大;电池模块温度场并非电池单体温度场的简单叠加,且在相同充放电倍率下电池模块的热一致性不如电池单体。     

一种高倍率快充式液冷电池包系统设计开发

针对纯电商用客车设计一种高倍率快充式电池包系统,通过在电池包前面板采用集成模块,提高了电池包的安全性和安装效率,并依据模组中双侧冷却方式,可大幅提高冷却效果。此外,在液冷管路中采用异向水路方式,可降低各个支路流阻差异,从而优化各个模组间的温度偏差。通过系统循环试验,发现该液冷电池包在2C的充电倍率下,其液冷效果显著,可保持在合理的温度范围内工作。     

不同温度控制模式下的锂电池性能对比研究

锂离子电池热管理系统在实际工作时对电池的温度测量与控制均是在电池表面,而在实验研究中尤其是电池性能测试时对电池的温度测量与控制均是在电池所处环境温度。本文分别通过液冷装置控制电池表面温度以及通过恒温箱控制电池环境温度,并在两套装置中进行了电池性能测试。实验表明,两种温度控制方案下的电池性能在不同温度下表现出较大差异,在10～50℃的区间内,恒温箱中相比液冷装置中电池容量分别提高了7.2%、5.0%、2.2%、1.9%、0.9%;电池性能在不同放电倍率下随温度的变化规律也并不总是保持一致。     

翅片式液冷板强化换热研究

为了研究冲压翅片对液冷板传热及流阻特性的影响，采用计算流体力学的方法对由直通形翅片及锯齿形翅片两种散热翅片制成的液冷板进行分析，结果表明：在相同流量下，锯齿形液冷板的表面温度比直通形液冷板表面温度低9.09～9.17℃;在流量20 L/min下，锯齿形液冷板的平均传热热阻最小，其值为0.009 K/W;锯齿形液冷板的平均传热系数比直通形液冷板高61%～79%,锯齿形液冷板的平均传热系数最高可达4169 W/m²/K;此外，锯齿形液冷板内部流速更高，并且锯齿形液冷板流阻较直通形液冷板高6.57～25.4 kPa。