8 kW车载动力电池直冷系统实验研究

电池冷却机组性能的优异对于动力电池在整车上安全、高效、可靠运行至关重要。基于制冷剂直接冷却的方式,本文设计并研制了一套8 kW动力电池冷却机组,并在某纯电动重卡上进行了实验验证及装车验证。结果表明:当电池底部的冷板表面温度在5～10℃时,电池芯体的最高温度能够降到35℃以下;采用双压缩机联合制冷方式,机组制冷性能达7.8 kW;采用分液头加毛细管的分液方式能够保证15块电池冷板进出口温差维持在5℃以内;通过循环充放电实验,在0.8C倍率充电、1C倍率放电的条件下,电芯温度皆可在40℃以下;在外界高温环境下,该机组能够在20 min内将电池芯体的平均温度降至28℃左右;此外,分析了制冷剂充注量、H型热力膨胀阀开度等因素对机组性能的影响,制定了机组的控制策略并加以评估。     

纯电动汽车冷媒直冷电池热管理系统的实验研究

针对电动汽车动力电池能量密度逐渐上升及快充过程中电池发热量大的问题,本文提出采用蜂窝型单面吹胀铝板作为电池冷板的一种新型冷媒直冷电池热管理系统,充分利用制冷剂在流道内的高沸腾传热潜热处理动力电池热负荷。为了研究此冷媒直冷热管理系统的运行性能,构建了新型直冷系统的实验测试装置,并在UDDS标准工况下进行实验研究。测试结果表明:在6 k W下的最大设计发热量下,系统在150 s左右可快速响应热管理需求,具有较快的温度响应特性;电池冷板表面平均温度可控制在15～20℃的最佳温度区间,并达到温差小于4℃的良好均温性,且系统COP稳定在2. 8以上。     

降压装置对电动车动力电池制冷剂直接冷却系统的影响

动力电池使用制冷剂直接冷却具有成本低,冷却效率高、重量轻,安全性高等优点,但存在蒸发温度过低和电池冷却温度不均的问题。本文通过实验研究了直冷板后二次节流对直冷板温度调节的有效性。结果表明:在直冷板后接人降压装置(固定节流孔装置或可调节开度压力调节阀)可以改变直冷板的出口压力,减小直冷板出口过热度,从而提升直冷板的蒸发温度,并改善制冷剂直冷方式的均温性;但固定开度的降压装置无法主动调节直冷板出口压力,直冷板出口压力随着热负荷增加而增加,因此在热负荷变化时较难将电池温度控制在合适的范围;而可变开度的降压装置可根据电池的运行热负荷将直冷板的蒸发压力调整到合适的目标值,既能避免直冷板的蒸发温度过低,又能改善直冷板的均温性,以取得较佳的电池冷却效果。     

平行小通道直冷板传热特性实验研究

作为两相冷却技术的核心部件,直冷板的传热特性越来越受到关注.本文基于泵循环两相流实验系统,设计了一块平行小通道直冷板,直冷板流道区域尺寸为140 mm×50 mm,包含21根通道,通道截面尺寸为1.5 mm×1.5 mm,通道间由0.5 mm厚的肋片分隔.通过改变制冷剂进口温度、流量以及热流密度,分析平行小通道直冷板流...     

锂离子电池仿生树状通道液冷板数值优化

目的 将锂离子电池在5C放电倍率、环境温度298.15 K的工作条件下的最大温度和温差控制在适宜范围内。方法 在锂电池两侧插入带通道的仿生树状液冷板,建立电池模块液冷散热模型。首先验证液冷数值模型的准确性,然后通过正交试验设计研究分支流道角度、入口流速、分支流道宽度和液冷板厚度对冷板散热性能的影响,并通过极差分析对4种影响因素进行重要程度排序,确定最佳的参数组合。结果 经优化后,锂电池的最高温度为302.4 K、温差为3.4 K,满足设计要求,但冷却剂在流动循环过程中存在泄漏风险。结论 提出的树状液冷板满足锂电池热管理性能的要求,优化后电池模块的表面温度在安全范围内,同时电池的温度均匀性显著提高。应选择导热系数高的冷板材料,并注重冷板结构设计,防止冷却剂泄漏。     

不同冷却策略下动力电池模块的热性能比较研究

随着新能源汽车技术的快速发展,快充快放正逐渐成为动力电池的主流工作模式,产热功率增加,热性能对动力电池的影响也随之增大。采用数值模拟研究了快充快放条件下动力电池组在不同倍率充放电下的传热特性,比较了纯相变冷却和液冷与相变材料耦合的冷却对电池模块散热效果,分析了上述两种散热方式对电池模块温差和最高温度的控制作用。数值模拟结果表明,当5C快充,立即5C快放条件下,选择最佳流速0.05m/s,电池模块温度最高温度控制在47.33℃,温差为3.39℃,与采用纯相变冷却方式相比,电池最高温度降低34.57℃,温差降低1.14℃。结果表明快充快放条件下液冷与相变材料耦合系统具有良好的动力电池热管理效果。     

采用多通道直冷板的两相循环冷却系统实验研究

本文搭建了以R1233zd(E)为工质的多通道直冷板两相循环冷却系统,并在冷凝温度为10、15、20 ℃,质量通量147~882 kg/(m2?s),热流密度7.73~39.75 kW/m2工况下对系统热力学循环和冷却性能进行实验研究。实验结果表明：质量通量上升,出口制冷剂焓值降低,热流密度上升,蒸发压力与出口制冷剂焓值升高。不同热流密度下冷板壁面温度随质量通量的变化趋势有所不同：当热流密度为7.73 kW/m2时,制冷剂质量通量由147 kg/(m2?s)增至735 kg/(m2?s),最大温差由2.9 K降至1.6 K;当热流密度为39.75 kW/m2时,最大温差由3.6 K增至5.2 K。不同质量通量下,换热系数随热流密度增加有不同幅度的升高：质量通量为147 kg/(m2?s)时,换热系数由1 843 W/(m2?K)增至4 528 W/(m2?K);而质量通量为588 kg/(m2?s)时,在相同条件下换热系数由1 536 W/(m2?K)增至3 569 W/(m2?K)。     

基于石墨烯相变材料的锂离子电池热管理技术研究

锂离子电池由于其高能量与高能量密度而被广泛运用于生活中的各个领域,但这也导致它在运行期间容易升温,影响电池的正常工作。相变材料(PCM)是一种有效热能存储材料,由于其在转变物理性质的过程中可以吸收或者释放大量潜热,从而被研究应用于电池热管理系统。该文以石蜡（PA）作为相变基体,膨胀石墨（EG）和石墨烯协同增强导热,制备高导热性的复合相变材料。在不同石墨烯含量下,观察其在锂电池放电过程中的冷却作用。结果表明,复合相变材料能有效降低工作中锂离子电池的表面温度,同时使电池的性能更加稳定。通过对比复合相变材料与PA的降温效果,发现当放电倍率越高,其降温效果越好。当放电倍率为3C、复合相变材料为PCM-4时,冷却效果较好,电池最高表面温度41.24℃,比PCM-1下降5.31℃,较PA而言,温度降低10.39℃。     

基于双蒸发器压缩制冷系统的激光器散热方案设计及实验研究北大核心CSCD

设计用于高功率激光器泵浦源散热的双蒸发器压缩制冷系统,通过优化设计两相流冷板内部流道,保证换热能力的同时,得到极小的板面温差。利用第二蒸发器以及压缩机待机运作产生的制冷量减小激光器芯片在变工况启动时的温度升降,避免温度剧烈波动。实验结果表明,在4组环境温度(15℃、25℃、35℃、40℃)以及3组散热工况(2 kW、3 kW、4 kW)下,通过设置合理的压缩机转速与膨胀阀的开度,可以控制表面温度处于20—30℃之间,且监控点最大温差低于1℃,系统能效比处于2.5—9区间。在变工况运行试验中,控制制冷系统直接启动,发现监控点温度剧烈波动,温度最高可达49.75℃,同一时刻监控点间最大温差达9.72℃;利用第二蒸发器实现系统待机启动,监控点温度缓慢升高至稳定区间,升温过程中温度波动极小,表明利用本系统可以实现对高功率器件的稳定散热。     

不同制冷剂对气悬浮压缩机电机冷却及系统性能的影响

电机冷却是保障气悬浮离心制冷压缩机可靠运行的关键。本文建立了气悬浮离心制冷压缩机的数学模型，分析了不同制冷剂(R134a、R1234yf、R1234ze(E))对电机冷却过程和制冷系统性能的影响。研究结果表明：采用R1234ze(E)时电机内部温度最高，电机永磁体最高温度比采用R134a和R1234yf时高60～90℃;采用3种制冷剂时电机的绕组平均温度均随冷却入口温度的升高而降低；采用R134a和R1234yf时永磁体最高温度均随冷却入口温度的升高而降低，采用R1234ze(E)的永磁体最高温度随冷却入口温度的升高先增后降，在冷却入口温度约为25℃时最高。冷却入口温度每上升4.5℃,电机冷却回路的出口干度下降约3%～5%。带电机冷却支路的系统与传统系统相比，电机温度可以控制在更安全的运行范围之内，但采用R134a、R1234yf、R1234ze(E)的系统COP分别降低1.23%～1.82%、1.23%～1.65%、1.14%～1.17%。     

气悬浮离心式制冷压缩机电机冷却过程模拟

离心式压缩机是离心式冷水机组的核心设备,气悬浮离心式制冷压缩机具有高速,无油,成本低等优点,是离心式压缩机的重要发展方向之一。气悬浮离心式制冷压缩机高速、紧凑的结构使其散热环境更加恶劣,需要更有效的冷却方式。建立了压缩机电机数学模型,数值模拟了不同进出口条件下制冷剂流场与电机温度场的分布。结果表明：绕组中心位置温度最高,靠近电机腔出口侧的端部冷却效果好于空腔侧,顺时针45°-180°方向冷却效果最好;增大入口压力会增强冷却效果,入口压力每增大93kPa,绕组温度下降2℃左右;入口干度在0-0.6之间冷却效果变化较小,入口干度大于0.6时冷却效果明显下降;增大回气压力会降低冷却效果,回气压力每增大40kPa时绕组温度升高3℃-4℃。通过研究压缩机电机轴向和周向的冷却差异,及不同进出口条件下压缩机电机的冷却情况,为不同工况下气悬浮离心式制冷压缩机电机冷却方案提供了思路。     

冷板的布置方式对冷板车车内温度场的影响

采用有限模拟软件对冷板车车内温度场分布进行了数值模拟,分析了冷板布置方式对温度场分布的影响,研究结果发现,当冷板车温度为-22℃,用户要求冷却到-18℃,冷板顶置时,制冷时间最长约10分钟;冷板置于两侧时,冷却到用户要求温度所需时间仅为3分钟;冷板同时置于两侧和顶部时,冷却到用户要求所需时间约为2分钟;采用冷板同时布置在两侧和项端时,温度场分布合理,制冷速度快.     

电池液冷板设计及试验研究

针对电池液冷板提出4个设计方案并进行传热性能试验研究。对比液冷板通道内的对流换热系数、热源表面平均温度和温度均匀性,分析不同流道参数及流程布置对平均温度和温度均匀性的影响。试验结果表明:由3#和4#液冷板对比得知,液冷板流道宽度越窄,冷却液流速越大,对流换热系数提高30%;由2#和1#液冷板对比得知,通过流程布置优化设计可以增强传热并改善温度均匀性,对流换热系数提高39%,温度标准差减小5%;由2#和4#液冷板对比得知,对流换热系数越大,平均温度越低,温度均匀性越差,对流换热系数提高37%,平均温度降低0.8℃,表面温差增大17%,温度标准差增大13%。纵向导热能力过强会使得电池模组表面温度均匀性变差,在电池液冷板设计中要平衡纵向和横向的导热能力。该项研究对电动车电池冷却技术的优化具有实际应用意义。     

块状动力电池相变材料-风冷耦合散热实验研究

针对型号为MV06203127NTP的块状动力电池的散热问题进行了实验研究,以模块内温度不大于50℃为标准,分别研究了电池在1C和2C工作条件下,冷却风温度和速度对模块散热的影响;实验结果表明:在相变材料厚度为3mm,风冷导热片高30mm的条件下,当电池充放电倍率为1C、冷却风速等于1m/s,冷却风温度为24℃时能满足控制温度要求;当冷却风温度为28℃时,最佳冷却风速等于2m/s;当电池充放电倍率为2C、冷却风温度为28℃时,冷却风速度为3m/s不能满足控制模块内温度分布的要求。     

天然气参数对混合制冷剂液化天然气流程性能的影响分析

在液化天然气流程中,影响流程性能的参数很多。文中分析天然气的入口压力、温度、各摩尔分率和各个换热器热端面的温差对流程制冷剂流量、压缩机耗功、冷却水的冷却量、丙烷预冷量的影响;并指出这些流程性能受哪些流程参数影响比较大。     

制冷剂冷却电池的纯电动汽车热管理系统夏季工况模拟

以纯电动汽车整车热管理系统为研究对象,本文提出纯电动汽车整车热管理方案,研究在夏季工况下的整车热管理性能。电池与乘客舱采用制冷剂并联冷却,利用热管的高导热系数来传递热量,电机采用液冷,并在新欧洲驾驶循环工况下用系统模拟的方法进行测试。结果表明:经过64 s,乘客舱温度从35℃降至24℃,随后乘客舱始终围绕设定温度24℃上下波动;电池温度经过68 s从35℃降至25℃,然后在整车控制策略下,使其维持稳定温度;电机温度在市内循环缓慢增长,在郊区循环急速增长,但维持在80℃以内。     

空调服近体流动与换热研究

为了探讨空调服系统的流动与换热规律,基于人体外形创建了体表-服装几何模型。采用数值仿真的方法研究了横向型管路系统的流动分配特征,探讨了体表平均温度、内外温差关于入口速度、入口温度的变化关系。结果显示:管路质量流量分配存在突变现象;体表上半部分温度低于下半部分温度;体表平均温度、内外温差与入口速度成二次函数关系,与入口温度成线性关系;入口温度每升高1℃,体表平均温度升高0.34℃,而内外温差降低0.33℃。     

一种变频空调电控箱体降温模块的研究

本文根据变频热泵机组系统特点和制冷循环热传导原理设计了一种变频空调电控箱体的降温模块,该降温模块的U型散热装置与制冷剂配管接触弧度为3/4圆弧结构,接触点切线成45°斜角,放置在空调系统中出储液器到进入电子膨胀阀之间的管路部分,使制冷剂经过该散热装置的温度处于40℃～50℃之间最佳温度范围。在环境温度43℃、出水温度15℃的制冷工况下,通过实验分析和验证了增加该散热装置和自然冷却两种状态下系统的性能。结果表明:加装制冷剂散热装置机组运行时变频器功率器件产生的热量可以通过制冷剂散热装置带走,降温效果较为明显。同时,通过理论计算和实验测试对比了变频器功率发热部件温度与制冷剂进口温度之间温度差变化情况,验证了加装制冷剂散热装置的效果。     

CPCM/液冷复合电池热管理方式优化设计

目的为了解决锂电池组在放电倍率为2.5 C,环境温度为308.15 K下工作时,其最高温度、最大温差可能超过适宜温度的情况。方法建立基于复合相变材料(CPCM)/液冷复合的电池组散热模型,首先通过实验测得锂电池单体相关性能参数,然后利用数值模拟方法讨论CPCM厚度对电池组散热性能的影响。分析得出当CPCM厚度在一定范围内变化时,单一的相变材料冷却方式不能将电池组最高温度控制在适宜的温度范围内,因此提出CPCM/液冷复合散热方式,以复合相变材料厚度、液冷通道间距、液体流速为设计变量,电池组最高温度和最大温差为优化目标进行多目标优化设计。结果结果表明,优化后的电池组最高温度和最大温差分别为316.88K和0.30K,满足设计要求,但相变材料在相变过程中存在泄露的风险。结论相较于单一的相变材料冷却方式,优化后的复合冷却模型能够大幅度降低电池组的最高温度,同时将最大温差控制在安全范围内;在保证散热模型最外层包装结构具有较高导热性的同时也要加强其结构设计,防止相变材料泄露。     

低温风洞电动推杆热防护结构设计及传热分析

为解决低温风洞中电动推杆的热防护问题,设计了使其能够在低温风洞高温工况(323 K)和低温工况(110 K)下正常工作的热防护结构。采用数值模拟方法校核了热防护结构强度及刚度,分析了电机发热功率,冷却气体流量和加热片加热功率等因素对推杆元件温度的影响。结果表明:低温风洞内压力达到极值0.35 MPa时,由厚度5 mm,材料S30408不锈钢制成的圆筒形热防护结构最大变形量为0.397 mm,最大应力为160.62 MPa;冷却气体流量大于等于0.005 kg/s时,高温和低温工况下电机最高温度均不大于418 K的允许工作温度;当加热功率达到500 W时,缸杆端部各考察截面温度均高于263 K;在高温工况和加热功率为500 W的低温工况下,冷却气体流量为0.005 5kg/s时,缸体、缸杆均能维持在263—313 K的工作温度,且高温工况最大温升与温差分别为3.62、2.81 K,低温工况最大温降与温差分别为4.94、6.82 K,满足温度稳定性与均匀性要求。