混合动力汽车用电池热管理系统的设计与研究

新能源汽车的发展离不开动力电池,且动力电池的性能及寿命与其工作的温度点密切相关,因此设计合理的热管理控制策略保证其工作在最佳工作温度范围对提高整车动力性及经济性具有重要意义。针对平铺水冷电池包的结构布置方案,通过实时采集的电池与冷却液温度信息,实现对外部散热器与压缩机散热控制,并通过2种极端工况进行路试测试。实验表明,该控制方案能保证电池工作在35～48℃(即最佳温度区间)节约能耗,保证整车动力性与经济性,对新能源汽车电池热管理控制策略设计具有重要参考价值。     

基于热管技术的锂电池箱热管理系统设计与实验验证

动力电池热管理不仅影响系统效率、充放电能力,而且事关系统安全性和可靠性,尤其"热失控"危害更甚。为此,针对大功率动力电池箱,提出一种基于热管-翅片-集热板组合,并结合加热器件、低功耗电控风扇及其智能控制算法的热管理系统。通过有限元计算模拟和实际充放电试验,验证了该热管理系统性能。以磷酸铁锂动力电池为例,计算与测试结果表明,1C高强度连续充放电情况能将电池组温升控制在15℃以内、风扇调速温差控制在2℃以内,严重故障时仍能将电池温度降至安全温度。此外,采用预热片对电池组预热,实现了电池组冷启动功能。该系统能有效解决过热、过冷情况下的电池组热管理问题。     

风机盘管温度时段控制试验研究

人们对建筑环境的需求不断提升,建筑运行能耗与日俱增。办公建筑人员流动性大,为降低空调运行能耗,需优化风机盘管控制方法,提升末端空调能效。运用能耗模拟分析软件DeST对济南市某办公房间进行负荷模拟,基于模拟结果,应用LoRa无线通信技术和新型智能温控器,提出温度控制方法和温度时段控制方法,实现对温控器的远程智能控制;对风机盘管空调系统进行试验及对比研究。结果显示：与温度控制方式相比,应用温度时段控制方法的系统能耗下降4.88%,满足空调房间舒适度要求,实现风机盘管系统节能调控的目的。     

汽车空调制冷剂直冷动力电池热管理系统的PID控制研究

电池热管理对电动汽车的安全和寿命至关重要。本文采用铝翅片铜管作为基础结构,设计一种结构紧凑、轻量型的18650型锂离子电池模组,采用基于PID原理的算法作为电动汽车空调系统电子膨胀阀的控制方案,实验研究R134a制冷剂直接气液两相流冷却电池模组的换热性能。结果表明：所提出的电池热管理系统能够快速响应温度的变化,并降低电池模组的温度。此外,当控制方案为动态温度PID算法时,电池模组以1 C倍率放电过程中电池之间的最大温差小于4℃,并且电池模组的最高温度低于36℃。     

服役工况下车用锂离子动力电池散热方法综述

随着电动汽车的广泛使用,锂离子动力电池俨然成为纯电动汽车首选的动力来源,然而其热安全性问题也日益突出.基于此,本文针对车用锂离子动力电池在服役工况下尤其高温时存在的安全性差、工作不可靠及循环寿命短等热问题,根据电池的动态散热特性着重介绍了车用锂离子动力电池常用的冷却方法,包括空冷散热、液冷散热、相变材料冷却、热管冷却和耦合散热,说明了集多种冷却方式耦合的热管理系统与单一散热方法相比不仅能提高散热效率,还可以改善电池的均温性.并结合上述散热方法的研究进展及关键技术,主要在空冷通道优化、液冷结构设计及冷却液介质分析、相变材料应用特性、热管的冷却特性及热特性等方面进行了具体综述.最后,针对目前常用的动力电池散热方法中存在的问题提出了合理化建议,展望了电池热管理系统与汽车乘员热舒适性、电动机舱热管理及车辆热环境相耦合,形成整车热管理系统的开发,以期为电池热管理系统设计开发等相关领域的研究提供一定参考.     

基于电化学热耦合模型的电池热管理研究

动力锂电池在快速充放电过程中,会产生大量的热量,具有热积聚热失控的风险,要对电池进行热管理。本文首先建立了电池电化学热耦合模型,对电池的温升特性进行研究,然后设计了基于复合相变材料（CPCM）的电池热管理系统,对电池在高倍率放电过程中进行控温管理,最后,比较了不同电池间距情况下,电池热管理系统对电池温度和温差的控制效果。数值仿真结果表明,单电池在3 C倍率放电过程中,电池最高温度为58.9℃,而当采用复合相变材料对电池冷却时,即使在35℃的环境温度下,也可以有效把电池最高温度控制在46.1℃,温差控制在3.6℃,从而能确保电池在适宜工作温度内安全运行,延长电池组的使用寿命和提高电池安全性能。更重要的是,通过对复合相变材料的固相率进行分析表明,固相率不为0时,可以有效控制电池温度和温差,而当热管理系统中的复合相变材料固相率为0时,电池组温度和温差均快速升高,因此通过对复合相变材料固相率指数进行分析,有助于复合相变材料的应用及热管理系统的优化。     

燃料电池汽车余热驱动的吸附式空调系统性能分析

针对燃料电池汽车余热驱动的吸附式制冷循环过程吸、脱附特性,采用动态的分析方法,对吸附式制冷系统的主要部件吸附床在不同阶段（等容加热、等压解吸、等容冷却、等压吸附）的工作过程,分别建立了动态方程,并就其制冷系统的蒸发器及冷凝器建立相应的动态方程。利用数值方法对数学模型进行求解．全面而系统地分析了循环周期、热源温度、外界空气温度、空调回风温度以及冷却水进口温度等参数对系统性能的影响。研究结果表明：随着循环周期的延长,单位质量吸附剂制冷功率值存在一个峰值．热源温度的提高、外界空气温度的降低、空调回风温度的升高、冷却水进口温度的降低等均有助于提高吸附式空调系统的性能。     

低温环境下电池热管理研究进展

动力电池作为电动汽车（Electric vehicle, EV）的重要组件,在低温环境下存在能量密度和功率密度下降等问题。为提高低温条件下动力电池的性能,需要合适的电池热管理系统。本文介绍了动力电池在低温环境下的放电特性,整理归纳了现有的各种电池加热方式,并综述了低温环境下电池热管理研究进展,对电池低温下热管理的进一步研究具有指导意义。     

高校教室夏季空调优化控制研究

为了分析不同的控制方案对高校夏季空调教室温度和能耗的影响,采用Trnsys软件对高校教室夏季空调系统进行了仿真研究。仿真研究分别针对作息控制、温度控制和人数控制三种方案,分析三种方案的温度和能耗进行对比研究。仿真模拟结果表明,三种方案中,人数控制方案的平均温度最为接近人体舒适的26℃,温度的均方差也最小。同时对三种方案的总能耗对比分析表明,人数控制方案的总能耗最低。因此可认为人数控制方案是高校教室空调系统最优控制方案。     

防爆电池箱的相变散热分析

电动汽车电池在充放电过程中,会放出大量的热。防爆电动车上的防爆电池箱由于密闭性和防爆性,风冷和水冷散热模式会带来潜在风险,相变散热模式适应防爆性的要求,需要探索其可行性。通过对电池箱的相变散热进行设计和流动散热FLUENT仿真分析,发现了相变散热的局域不均匀性。针对问题导向,提出了利用相变材料对电池箱内部及外壁进行散热,仿真结果表明此方法达到了降低电池温度以及改善了其温度不均匀等问题。     

车用锂离子电池液冷式热管理系统实验研究

锂离子电池组的热管理对电动汽车的性能和安全性具有重要意义。基于多通道蛇形波纹管液冷式热管理系统,以200个18650型锂离子电池组为热管理对象,对电池在各种充放电倍率下所需的冷却液流量、泵功消耗以及热管理收益进行了实验研究。结果表明,热管理系统对动力电池在各种充放电应用条件下都具有较好的热管理效果,电池最大温度和最大温差基本可控制在40℃以下和5℃以内。提高冷却水流速对系统热管理能力的提升具有一定的效果,但是随着流速增大,热管理能力提升的边际效益也更趋明显;而系统运行所消耗的泵功增加导致了热管理收益随冷却水流速增加而大幅降低。从电池的性能安全以及热管理有效性的角度综合考虑,各充放电倍率下热管理系统的冷却水流速都是以保证电池安全和性能指标的最低流速为优。     

应用于通信基站的热管空调系统的试验研究

将重力型热管应用于通信基站的温度调节系统,利用热管自身的高效导热特性,通过空气强制对流换热的方式实现基站的散热降温,以此代替基站压缩机空调,从而大幅降低基站空调能耗。通过对某地典型移动通信基站环境温度控制技术及其能耗特点的分析,设计并安装了匹配基站热负荷的分离式热管换热器,并进行了能耗对比试验。在该试验条件下,加装重力型热管换热器的基站比只装有压缩机空调的基站空调耗电减少35%左右。     

舒适性空调系统AHU送风温度优化仿真研究

为解决空调机组(AHU)变风量运行方式下送风温度难以根据工况变化进行动态优化的问题,提出了一种基于PSO算法的空调机组送风温度的优化方法,该方法对空调机组运行能耗进行分解,分别建立风机能耗模型和水泵能耗模型,并以空调机组运行能耗最小为目标,以表冷器的运行性能为约束,对不同工况下空调机组的最优送风温度进行求解。仿真结果表明,该方法能有效的应用于AHU变风量运行参数的优化,与常规变风量运行方式相比具有17.72%的节能效果。     

基于液体介质的电动汽车动力电池热管理研究进展

电动汽车在节能减排上具有很大的潜力和优势,但其性能受动力电池的制约,而温度又会影响电池的安全和寿命。因此,为保证电动汽车的综合性能,需配置合理的电池热管理系统。由于液体冷却具有较好的降温效果,采用液体介质对电池进行热管理近年来逐渐引起重视。本文介绍了基于液体介质的电池热管理基本原理,综述了液体介质应用于电池热管理的研究进展,并重点介绍了新型热管在电池散热方面的应用,同时指出了目前液体介质冷却电池时存在的一些问题。     

基于遗传算法的电池包高效热管理流道优化

电池包的热管理对于避免过热和热失控等问题至关重要,必须采用主动冷却系统来保持电池的安全温度,提高电池的性能和寿命.液体冷却是一种有效的冷却方法,但是关于结构参数对冷却效果影响的参数化研究仍然缺乏.本文采用了一种基于微通道硅基冷板的液体冷却方法,采用计算流体力学方法建立流-固耦合散热模型.采用拉丁超立方法生成参数组合样本,通过多目标遗传优化方法开发出具有高效散热性能和较低能耗的冷却系统.实验结果表明,优化后的液冷系统能够有效地控制模块的温度低于45℃,单体电池间的温度偏差也可以控制在5℃的小范围内.本研究结果将为电池组件热管理系统的设计和优化提供有效的研究思路,有助于推动电池在实际产品上的应用.     

不完全湿压缩应用于转子式制冷系统的可行性研究

针对部分制冷工质排气温度较高的现象,将不完全湿压缩方法应用于转子式制冷系统,通过在不同频率下改变压缩机的吸气状态(过热至不完全湿压缩),研究了系统循环性能及核心部件的热力特性。实验结果表明:不完全湿压缩下存在一个最佳干度控制范围0x0.96,在该区间内制冷量提升5.1%～5.5%,制冷性能系数(Coefficient of Performance,COP)提升5.4%～5.8%,排气温度较过热段改善20%以上,系统性能得到了明显提升;当吸气干度范围在0x0.96时,压缩机的热力性能基本维持良好,相较于过热段的极大值处,容积效率降低仅1%～2%,电效率降低亦仅1%～2%;不完全湿压缩下,压缩机频率的变化对系统性能及压缩机热力性能影响均较大;将压缩机运行于最佳干度范围区间0x0.96的较低频或是额定频率附近将获得最优综合效率。     

锂离子电池热管理和安全性研究

温度是影响锂离子电池性能、寿命和安全性的重要因素,电池热管理系统能使电池的工作温度维持在适宜范围,保障电池安全、高效和长寿命使用。因此,电池热管理系统对动力和储能设备在不同工况和环境下的运行至关重要。本文介绍了锂离子电池热模型的发展和应用,对热管理和安全性的研究进行了归纳;总结了本课题组的相关工作进展;在此基础上,指出了锂离子电池热管理和安全性进一步的研究方向。     

细纱空调的节能改造

南京第二棉纺织厂细纱车间空调室的设备基本上是50年代的,现已不适应生产的要求,主要问题是:整个空调系统效率低、能耗大;回风系统由于过滤效果差,回风利用率<80%;风机的拖动电机为单速电机,风量调节困难;细纱车间送风量偏小,夏季温度偏高。为此,我们于1985年冬对空调室进行了系统改造。一、方案1.改造空调室以减小喷淋、档水板阻力,增加热湿交换效率;     

Air cooling strategy of power battery based on minimum energy consumption

针对目前电动汽车动力电池风冷散热能耗高、散热滞后的问题,提出一种基于最小能耗的动力电池风冷控制策略,根据车载导航系统预报的工况信息预测动力电池的未来温升,在满足动力电池散热需求的前提下以风机能耗最少为目标,运用分段式动态规划算法确定风机在未来路段的开启时机与最优风速。以添加了坡度信息的ARB02、HWFET和UDDSHDV的组合工况为测试工况,对动力电池未来温升的精度进行了硬件在环试验,得出实际路况试验温度与预报工况试验温度的最大差值为0.3℃,最大偏差率为0.7%。与其他两种控制策略进行了Fluent仿真对比,结果表明基于最小能耗控制策略下动力电池的最高温度为39.87℃,最大温差为1.1℃;风机能耗是全程开启型控制策略的77.2%,是温度开关型控制策略的53.7%。该策略能有效控制动力电池的温度且风机能耗最小。     

锂离子动力电池低温加热策略研究进展

随着新能源产业飞速发展,纯电动汽车的市场渗透率迅速上升。而制约电动汽车使用的一大关键因素,就是环境温度。在低温下,动力电池的功率特性衰减、电池内阻增大、电池可用容量降低。这些负面因素将直接影响电动汽车的续航里程与安全性。基于动力电池低温加热策略的主要产热区域,将目前锂离子电池低温加热策略划分为电池内部加热策略和电池外部加热策略两个大类。分别对这两个大类进行更详细的梳理,对目前的锂离子电池低温加热策略进行了系统的研究。分析了各种加热策略的优点与弊端,并针对存在的问题提出了解决意见。可为后续电动汽车动力电池低温加热策略的研究、锂离子电池低温下热管理系统的设计提供参考。