储能锂离子电池包强制风冷系统热仿真分析与优化

基于电化学-热耦合模型借助ANSYS Fluent平台对储能系统中的锂离子电池包进行仿真分析与结构优化。首先建立电池的热仿真模型,基于该模型利用ANSYSFluent仿真软件得到电池单体温度分布,并通过与实验测量的结果对比验证所建立的仿真模型的准确性。接着进行了电池包风冷系统的仿真分析,完成了对电池包温度分布和风道流速分布的求解。最后通过改变出风孔数量和风扇挡板形状改善了冷却系统的冷却效果。研究结果表明,基于电化学-热耦合模型对储能电池包的温度与内部流速分布的分析是可行的,对强制风冷系统的结构优化能够大幅度提高系统的散热性能,实现更低的最高温度与更均匀的温度分布。     

锂电池组动态热模型在混合动力汽车中的应用

锂离子电池热模型对于电池单体和热管理系统的设计有着重要的意义,研究串并联组合的锂离子电池组在混合动力汽车系统中的性能和寿命,提出面向控制的电池组动态热模型,该模型能根据电池组当前的环境温度、运行负荷、冷却强度和初始荷电状态实时估计电池组中各单体电池的运行温度。实验利用18650型锂离子电池单体,实现3并3串和3串3并形式的电池组循环充放电,得到单体电池温度分布曲线。仿真比较结果表明,提出的电池组热模型具有较高的估计精度,满足混合动力汽车的热管理系统的设计要求。     

锂离子电池热模型的研究动态

锂离子电池具有高能量密度、高功率密度、高循环次数及高电压等特点,在新能源产业占据越来越重要的地位。锂离子电池的循环效率、容量、功率、安全性、可靠性和寿命等诸多性能与温度密切相关。热模型可以模拟电池在应用条件下的热行为,研究电池产热、传热、散热的规律,实时计算电池内部和表面的温度变化以及温度场信息,为电池和电池组热管理系统设计与优化提供依据。首先介绍了锂离子电池热模型的类型及产热来源,然后阐述了锂离子电池电化学-热耦合模型、热滥用模型和电-热耦合模型的研究进展,最后根据当前锂离子电池热模型存在的问题对其今后的发展方向进行展望。     

锂离子电池电-热联合仿真平台构建

锂离子电池在充放电过程中各个参数量都会随温度的变化而变化,实时评估锂离子电池的电热特性对电动汽车维护和电网储能运行至关重要。针对实际运行中锂离子电池参数测量不准确、电热传递特性不易获取、操作不便等问题,构建锂离子电池电气模型和热模型,并基于等效电路模型和集中热参数模型,综合考虑电池电-热耦合特性,构建了锂离子电池电-热联合仿真平台。基于仿真平台,通过恒流—恒压—新欧洲驾驶周期(New European Driving Cycle,NEDC)实际工况充放电试验,得到电池温度变化曲线,并通过分析温度与电流、端电压和产热散热特性曲线的对应关系,验证了联合仿真平台的有效性。该联合仿真平台可为锂离子电池电-热耦合特性的理论分析以及电池管理系统的设计优化提供依据。     

电池组交替式风冷散热结构研究

电池组热管理可以保证电池在一个合适的温度区间内放电,提出了一种使用鼓风机控制电池组内空气往复的风冷散热结构。通过增设电流控制条件判断是否开启双向鼓风机交替工作;温差控制条件控制鼓风机周期性启动间隔时间。基于FLUENT软件对锂离子电池组在恒流放电下进行了温度场仿真,结果表明:与传统的风冷模型相比,使用本风冷散热后电池温度分布均匀,电池组整体温度保持在25～45℃,最大温差保持在指定温度,保证电池处于最佳工作温度范围内。     

基于电化学热耦合模型锂电池热管理系统优化

以电化学模型和直角坐标系三维热模型为基础,建立了电化学三维热耦合模型,对锂离子电池组产热情况进行仿真分析,结果表明电池组的温度分布更加符合实际情况,比单独的三维热模型或电化学二维热耦合模型更加准确。以额定容量为60 Ah的锂离子电池为例,对锂离子电池进行不同放电倍率的产热分析,得到了电池组的温度场分布,分析了温差与温升的原因,构建了一种新的电池包的结构,再次对新的电池组进行不同放电倍率产热分析,温差与温升都有明显的下降,达到了优化的目的。     

泡沫铝/石蜡PCM对锂电池组峰值温度的影响

泡沫铝/石蜡由于兼具较高相变潜热以及导热率,被认为是一种很有发展前景的散热材料。建立了电动汽车锂离子电池的三维热仿真模型,在仿真研究的基础上对电池组散热系统的电池排布与泡沫铝孔隙率进行了有交互作用的正交实验。用极差分析法和方差分析法得出这些参数及相应交互作用对电池组峰值温度的影响,确定了电池组散热系统的最优参数,仿真后的结果表明优化后的电池组散热性能良好。     

汽车动力电池组风冷模型结构研究

电池的热管理可以保证电池在一个合适的温度区间内放电,且减少电池间的不一致性,提高电池的放电率和使用寿命。以10 Ah薄片型电池为基础建立电池组,设计上下两侧进出气的风道模型。与传统的风冷模型相比,该模型能够改善电池热管理效果,通过仿真分析表明,电池在2 C放电,电池组的温度差控制在2℃以内。     

储能用锂电池模组主动式热管理系统性能研究

热管理对于保证电池模组的使用性能(包括安全性和寿命)具有重要意义.针对储能用方形锂离子电池模块,通过热流体模型仿真,研究了主动式风冷和液冷热管理系统性能.模块原串行式风冷方案被优化改进为串(并)行混合式风冷方案,提高了电池组温度场一致性,但对于降低最高温度作用有限,并发现液冷系统热管控性能明显优于风冷.还比较研究了风冷和液冷方案的能耗情况以及循环充放电过程中变流量工况对能耗的影响,发现空冷系统能耗约为液冷系统的6.2倍;变流量策略可以满足有效热管理的要求,而且降低了风冷系统24.3％的能耗和液冷系统19.7％的能耗.     

锂离子电池组合前后的特性研究

为更好地使用锂离子电池组,更精确地估算电池的荷电状态(SOC),对锂离子电池组合前后进行了常温4.0 A充放电、常温7.5 A放电、-20℃下4.0A放电以及55℃下4.0A放电等实验测试.实验结果显示:锂离子电池成组后的充放电特性有所下降,电池组总容量下降为单体电池的90%左右,SOC偏低,工作电压的下降速率在放电末期急剧上升,可达平台区的50倍.对电池组的一致性进行了分析,得出锂离子电池成组时应充分考虑单体电池的一致性;在估算SOC时,采用电池组参数和单体电池参数相结合的方式.     

锂离子电池储能热管理技术应用现状分析

我国电化学储能产业发展迅速,锂离子电池储能应用安全性仍然面临巨大挑战。其中,温度是影响锂离子电池安全运行的重要因素,合理的温度范围和温度分布一致性是确保大规模电池储能系统安全性和长寿命的关键参数。总结了温度对锂离子电池充放电效率、循环寿命和安全性的影响规律;归纳了风冷、液冷、相变及热管四类主流电池热管理系统(BTMS)应用中的关键影响参数及发展现状,分析了不同热管理(BTM)关键技术发展方向;从散热效率、散热速度、成本等角度对比分析了不同热管理技术的优缺点,并对未来热管理技术应用趋势进行了探讨。     

锂离子电池热模型研究现状及展望

锂离子电池热模型对单电池产热研究和电池热管理系统设计具有重要意义。根据热模型搭建原理及研究目的不同,将热模型分为电-热耦合模型、电化学-热耦合模型和热滥用模型,分析了电池热模型研究领域的研究现状,总结了锂离子电池热模型的下一步研究方向。     

动力电池组热分析与风冷散热措施研究

针对电动汽车用动力锂离子电池在工作过程中产生的热量影响电池的容量、寿命和安全等问题,基于有限元理论,采用ANSYS Workbench 15.0软件对圆柱形磷酸铁锂(LiFePO_4)26650电池建立了三维电化学-热耦合模型,并进行了热分析。仿真分析得出强制风冷可以使电池工作在适宜的温度范围内。故对强制风冷的通风方式、散热结构和风机控制策略等方面进行了研究分析,对电池热管理系统的工程设计具有一定的借鉴意义。     

不同工况下功率型锂离子电池的热特性与仿真研究

本文针对功率型锂离子电池在使用过程中可能出现的热失控问题，以21700圆柱型锂离子电池为实验对象，采用混合功率脉冲特性(HPPC)测试方法，研究了不同条件下(温度、电流、荷电状态)内阻的变化趋势，并分别建立了基于温度、电流参数的Rint、Thevenin与双极化(DP)电路模型及电热耦合模型。借助Fluent仿真技术，进行了不同模型的验证，对比了不同放电倍率下模型仿真与实测温升的拟合精度。同时，实现了不同倍率下电池热行为的研究，为功率型锂离子电池的温度预测提供了一定的理论依据。     

锂离子电池储能舱风冷散热数值模拟与优化

为优化锂离子电池舱风冷散热系统,基于实际电池舱仿真模型,文中设计了电池舱风冷散热优化方案。由于锂离子电池在运行时存在热失控风险,极端情况下甚至引起电池舱起火或爆炸等安全事故。有效的电池舱风冷散热系统可以抑制电池热量的积累和扩散,然而现有的电池舱风冷系统结构简单,散热效率低。文中提出在电池舱安装导流板改变舱内温度场和流场,达到优化散热系统的目的。结果表明,在环境温度25℃、4m/s风速的条件下,对1C充电的电池舱进行风冷散热。增设一块导流板可以使电池舱内的平均温度降低2.9℃,最高温度降低4.5℃;增设两块导流板可以使电池舱内的平均温度降低5.5℃,最高温度降低8.6℃。合理的导流板布置可以优化电池舱的风冷散热系统,提高散热效率,增加电池舱运行的安全性。     

锂离子电池热模型研究进展

锂离子电池的热模型对于锂离子电池单体和热管理系统的设计有重要帮助,是研究改善锂离子电池安全性的重要工具.介绍了国内外关于锂离子电池热模型的研究进展,包括电化学一热耦合模型、电一热耦合模型和热滥用模型,以及以这些模型为基础,在锂离子电池单体设计、热管理和安全性研究方面做的工作.在此基础上,分析了当前研究有待于深化的地方,为下一步研究提供参考.     

三维锂离子单电池电化学-热耦合模型

预测锂离子电池的内部温度场对于热管理系统开发具有重要意义。应用多孔电极理论,建立了锂离子电池的一维电化学生热模型,同时考虑正负极集流板和电解液的欧姆热,与基于温度场相似准则建立的跨尺度锂离子单电池三维分层模型耦合,建立了基于有限单元的锂离子单电池温度场模型。基于模型进行1恒流放电工况下的热力学计算,系统考察了电池温度变化与分布特征,并对比分析了各层不均匀发热率分布情况。仿真结果表明,所建立模型能够进行锂离子电池内部分层结构发热分布和温度场预测,有助于后续的关键影响因素分析。     

基于二维模型的单体锂离子电池热仿真与实验

基于锂离子电池二维平面电位与电流密度研究,结合电池组成材料的热物性参数,建立锂离子电池放电热行为热模型,开展了单体电池瞬态热行为流热数值仿真,结合电池温升曲线实验,验证了锂离子电池数值仿真模型.研究结果表明:基于二维电流密度非均匀分布所建三维单体锂电池热模型能够较准确地描述电池的实际放电热行为;电池外壳材质对热模型传热...     

动力磷酸铁锂电池产热特性研究

分析了锂离子电池的产热机理,并且对不同温度条件下的动力型磷酸铁锂(LiFePO_4)电池的充放电热特性进行了研究。通过对整个锂离子电池组系统的产热特性进行分析计算,同时对GBS-LFMP100Ah型号的磷酸铁锂电池在5、15、25和35℃下的电压在充放电过程中随时间的变化及电池组内部温度与不同环境温度之间的关系的研究得出:锂离子动力电池在25℃时的充放电性能相对于35、15和5℃更好,环境温度的升高会导致电池组内部温度升高,电池组性能下降;通过理论分析与实际实验结果对比,得出影响电池组温度升高的原因,为今后锂电池热管理系统研究及工程设计提供了依据。     

集装箱式储能系统热管理设计

合理的热管理是集装箱式电池储能系统长期高效、安全、稳定运行的关键.以国内某大型储能示范工程用集装箱式锂离子电池储能系统为研究对象,阐述了热管理系统风道、空调及风扇设计,测试了储能系统不同倍率运行时的电池温度变化.热管理系统可以保证储能系统以0.5 C运行时,电池工作环境维持在最佳温度范围;在1C下运行时,电池最高温度不超过40℃,储能系统最大温差小于8℃.