锂离子电池液冷管路优化

锂离子电池热管理系统是提高冷却效率的关键。针对车载锂离子电池的液冷通道管路,对其进行设计优化,建立了相应的数值模型,并通过实验验证了数值模型的可行性。研究结果表明：微通道冷却系统在高倍率放电下,可以将电池的温差从9.74 K降低至4.71 K,最高温度从309.74 K降低至305.13 K,都在最佳工作范围之内。通过对冷却液温度的研究发现,只通过降低冷却液温度并不能改善电池的温度环境,需要一个合适的温度来保障电池的温差,并且冷却液温度与电池的温差呈现出线性关系,电池的温差随着冷却液的温度降低而增大。     

基于空气放大器的电池组冷却系统的性能研究

针对电动汽车锂离子电池组散热及温度均匀性对电池组使用性、可靠性和安全性的影响,本文以国内某汽车公司开发的纯电动汽车锂离子电池组为研究对象,基于空气放大器,根据流体力学的附壁效应,对电池组冷却系统的性能进行研究。通过用少量高压空气作为动力源,带动周围空气流动形成高压和高速气流对电池组冷却,同时利用fluent对该系统进行仿真模拟与分析。仿真结果表明,在并行通风方式下,该冷却系统电池组内的最高温度为315K,电池模块之间的最高温差为6K,系统冷却效果良好;而且随着空气放大器扩大空气流量倍数以及空气放大器数量的增加,冷却效果进一步提升;而在相同额定功率下,风扇冷却系统电池组内最高温度可达317K,电池模块之间的最高温差可达7K。该研究简单易用,冷却效果良好,具有一定的推广应用价值。     

溶剂PC含量对锂离子电池物化性能的影响

以20100140型方形锂离子电池为样本,进行充放电和45℃条件存储时的容量损失测试实验,研究电解液中碳酸丙烯酯(PC)溶剂含量对锂离子电池物化性能的影响。结果表明:当PC质量分数为4%时,锂离子电池表现出最佳性能,压降较小,电池界面较好,容量可达32.813 Ah,在45℃高温存储6 d后放电效率可达100.28%;当PC质量分数增加到7%时仍未发生与Li+共嵌入负极石墨的现象,但随着PC含量的增加,电池电压降增大、厚度增加、电化学性能降低、石墨发生剥离;当PC质量分数为12%时,放电容量为31.503 Ah,存储后只有93.84%的放电效率,电池臌胀。     

电动汽车用锂离子电池热特性试验研究

为研究锂离子电池的热特性,以3 200 m A·h、3.67 V圆柱形三元材料锂电池为研究对象,进行了不同温度、不同充/放电倍率的热特性试验和低温加热试验.试验结果表明:随着充/放电电流的增大以及环境温度的降低,电池温度快速升高,低温下加热可以提高锂离子电池的充/放电性能.     

锂离子电池放电过程热特性实验研究

以18650锂离子电池为研究对象,利用简化的Bernardi生热模型和混合功率脉冲特性(HPPC)测试,进行相关的热特性实验,对锂离子电池在放电过程中的温升、生热量和直流内阻等特性进行研究.结果表明:电池在放电过程中的温升和生热量与放电倍率呈二次关系;电池在放电过程中的生热量以不可逆热为主,可逆熵变热所占比例小于5.4％,放电倍率越大,不可逆热所占比例越大;电池的内阻在较低的温度和荷电状态(SOC)下变化明显,随着温度的降低,电池的直流内阻不断增大,放电初期,电池的内阻基本保持不变,当电池的SOC降低到40％以下时,电池的内阻逐渐增大.研究结果可以为电池模组及电池包瞬态热模型的建立和分析提供依据.     

三元18650电池低温放电特性的实验研究

为研究三元材料锂离子电池的低温性能,以国内某公司生产的三元材料2.6 A·h单体电池以及自制的23.4 A·h电池模组为研究对象,对不同放电倍率下三元材料锂离子电池放电电压、放电容量及温度等特性进行了研究.研究结果表明,当环境温度为-20℃时,单体和模组的放电端电压曲线呈非线性变化;单体电池的放电容量随放电倍率的增大而减小,电池模组的放电容量随放电倍率的增大而增大;电池放电倍率越大,电池的发热量越大,电池的温升越高,同一倍率下,电池模组中心电池的温升是单体电池温升的2.6倍.     

电池排布方式对21700锂电池相变热管理系统的影响

以21700锂离子电池组为研究对象,对不同排布方式下的锂电池分别控制电池间距、对流换热系数和相变材料(PCM)导热率,并对其进行有限元仿真。研究了电池间距、对流换热系数和PCM导热率对相变电池热管理系统(BTMS)下不同排布方式(长方形、四边形、六边形)的电池组温度场的影响。结果表明：当电池间距为4 mm和6 mm时,3者具有近似的最高温度,而当电池间距为2 mm和1 mm时,长方形排布的电池组最高温度最大,在2 mm时长方形排布的电池组最大温升分别为四边形排布下和六边形排布下的电池组的105.86%和108.25%,而3者的温差均随间距增大,总体呈现出变小的趋势;在不同的对流换热系数下,长方形排布的电池组最高温度总是最大而四边形最小,随着对流换热系数的增大,3者温差呈现出变大的趋势;随着PCM导热系数的增大,3者的最高温度均不断下降且下降速率越来越小,在5种不同PCM导热系数下,长方形排布的电池组最大温升平均是四边形排布和六边形排布电池组的105.31%和106.02%,3者的潜热储热阶段的温差均有减小,显热阶段对长方形和六边形的温差没有影响,四边形的温差却不断增大。综合考虑最高温度...     

交指流场氢-氧PEM燃料电池特性研究

目的研究操作参数即电池加热温度、加湿温度、反应气体流量对交叉指状流场氢-氧PEM燃料电池性能的影响,优化操作参数提高PEM燃料电池的性能.方法利用燃料电池测试系统测量PEM燃料电池在不同操作参数下的性能,用origin软件绘制性能曲线,分析了电池加热温度、加湿温度、反应气体流量对PEM燃料电池性能的影响.结果实验结果表明:电池性能随着电池温度的升高先升高后降低;随着加湿温度的升高也是先升高后降低;在一定范围内增加氧气流量会使电池的性能升高,但氧气流量超过50 ml.min-1时,电池性能反而会下降.结论在其他参数一定的情况下,当电池温度与加湿温度相等的时候,即都为343 K时电池性能最佳.     

相变材料与双向液冷系统耦合的锂电池温控规律的数值模拟研究

动力电池作为电动汽车的主要动力源,其工作温度范围直接影响电池的使用寿命及安全性.文中将相变材料和双向液冷系统进行有机结合应用于18650型锂电池的热管理系统中,研究了冷却液流向以及流速对电池温度变化规律的影响.研究结果表明:相变材料与液冷系统的科学结合可以有效地对电池进行温控,然而液冷系统的布置方式对电池温度的均匀性有重要影响;冷却管束内的冷却水同向流动时电池的温度均匀性差,而相邻冷却管内的冷却水逆向流动时电池间温度分布更为均匀且温度上升更慢;冷却水流速越大,电池表面的温度越低,然而当冷却水流速增加到一定程度后,其冷却效果不再增加.     

基于Fluent的锂离子动力电池的热分析

锂离子动力电池的温升现象严重影响电池的寿命和汽车的安全性.本文分析了锂离子动力电池的生热机理,进行了热效应模型的建立和热物性参数的确定.建立了电池三维模型并进行网格划分,选择稳态流动的求解方法及设置合理的边界条件,最后对电池进行2 A、3 A、4 A和5 A的恒流热分析.仿真结果表明不同恒流放电下,电池的最低温度、最高温度和最大温差都不同,放电电流越大,电池的最低温度、最高温度和最大温差都随之增大.     

Design and parametric optimization of thermal management of lithium-ion battery module with reciprocating air-flow

Single cell temperature difference of lithium-ion battery(LIB) module will significantly affect the safety and cycle life of the battery. The reciprocating air-flow module created by a periodic reversal of the air flow was investigated in an effort to mitigate the inherent temperature gradient problem of the conventional battery system with a unidirectional coolant flow with computational fluid dynamics(CFD). Orthogonal experiment and optimization design method based on computational fluid dynamics virtual experiments were developed. A set of optimized design factors for the cooling of reciprocating air flow of LIB thermal management was determined. The simulation experiments show that the reciprocating flow can achieve good heat dissipation, reduce the temperature difference, improve the temperature homogeneity and effectively lower the maximal temperature of the modular battery. The reciprocating flow improves the safety, long-term performance and life span of LIB.     

基于微小通道波形扁管的圆柱电池液冷模组散热特性

针对圆柱动力电池的散热特点,建立一种基于微小通道波形扁管的液冷电池模组. 采用电化学热模型对该模组的散热特性进行三维瞬态分析,通过改变波形扁管的通道数和接触角对液冷结构进行优化. 10通道的波形扁管散热优势明显,增大波形扁管的接触角可以提升液冷结构的散热效率并改善电池组温度分布均匀性. 当电池模组在35 °C环境下以1 C倍率放电时,即使质量流量低至4×10^?3 kg/s,使用接触角大于40°的10通道波形扁管可将电池组表面最高温度控制在40 °C以下,同时将温差控制在5 °C以内. 在优化工况下进行实验以验证该电池模组的换热性能. 仿真结果与实验值基本一致,这验证了微小通道波形扁管的散热有效性;仿真结果可为圆柱动力电池的热管理提供参考.     

导热硅胶/相变材料复合组件在电池热管理中的应用

一种低温导热硅胶/相变材料复合组件在电池模组中的使用, 有效地解决了相变材料由于液化而发生的析出问题, 同时保持相变材料高导热与高潜热值。由于导热硅胶片具有一定的弹性与黏性, 使得整个系统具有一定缓冲作用, 减少了相变材料与电池之间的接触热阻, 进一步提高了整个系统的散热性能。在3C放电倍率下, 相比自然冷却方式的66.63 ℃, 强制风冷方式的57.99 ℃, PCM(Phase Change Material)冷却方式的最高温度为44.78 ℃, 分别下降了32.8%、22.78%; 温差为3.70 ℃, 满足电池模组的最大温差的要求。在3C放电倍率的循环中, PCM冷却方式的电池模组在3次循环后的温度为51.45 ℃, 在安全温度范围内。     

液冷系统中均热板气液相变的热质传输模拟

为提高电池热管理液冷系统的均温性,研究一种铝槽式均热板和直流式液冷板相结合的复合液冷系统,并建立相应的三维传热模型。采用Volume-of-fluid(VOF)多相流模型,模拟均热板槽道内丙酮工质的气液相变过程,以及与液冷流道的耦合传热过程,并将模拟结果与实验结果进行了对比,验证了模型的正确性。研究结果显示,均热板可以提高液冷系统散热过程中的均温性,加热表面的温差可以控制在2.72 K以内。通过机理分析发现,其原因与均热板内部气液工质的热质传输过程有关。在液冷系统冷却液沿程温升的影响下,均热板腔室中的丙酮气相工质在长度方向上存在定向输运现象,相变产生的蒸汽会携带热量从高温区往低温区流动,从而抑制液冷板低温冷却水对加热表面温度分布的影响,提高了均温性能。     

圆柱18650锂离子动力电池放电及温度特性

能耗和环境问题促使电动汽车快速发展, 锂离子电池在电动汽车储能系统中具有重要的作用. 锂离子动力电池的特性与环境温度紧密相关, 倍率放电容量特性、荷电状态-开路电压曲线是反映电池基本性能的重要特性指标, 也是电池管理系统设计需要参考的重要参数. 该文对圆柱18650三元锂离子动力电池进行了相关的性能试验, 研究了单体和电池组开路电压变化规律、不同放电倍率下的电池容量和不同温度下的电池容量, 为荷电状态估算方法的研究及电池管理系统设计积累了数据.     

Numerical simulation of 3D viscous flow field of air cooled turbine blades with coolant mixing

To improve thrust and reduce oil consumption of aero-engines, the temperature at turbine inlet is becoming higher and higher, which leads to heavy thermal load of vanes. To efficiently cool the vanes, the mass of coolant with its maximum gas mass flow exceeding to 20% of main stream, has to be increased. In the pres- ent paper, a two-stage turbine with and without coolant mixing was simulated by CFX-TASCflow. Simulation resuits indicate that the flow field structure with coolant is obviously different from that without coolant, and the former has characteristics of lower-speed main flow, reduced mach number, weaker shock intensity and decreased stage efficiency.     

新型管状相变材料热管理系统的数值仿真与实验研究

设计了一种新型的管状复合相变材料(tubular Composite PCM,t-CPCM)结构,用以替代传统的块状复合相变材料(block-shaped Composite PCM,b-CPCM)结构,将其耦合强制对流换热后应用于电池热管理。仿真结果表明,相比于b-CPCM电池仿真模型,t-CPCM电池仿真模型不仅流道分布更加均匀,而且对流换热面积更大,理论计算得出的对流换热热阻仅为0.8 K·W⁻¹,是b-CPCM电池仿真模型的1/20。实验结果表明,t-CPCM电池模组优异的散热性能可以有效地控制电池温度,t-CPCM电池模组的最高温度仅为46.9 ℃,温差为0.8 ℃;而b-CPCM电池模组的最高温度高达51 ℃,温差均为5 ℃。所设计的管状复合相变材料在电池热管理方面具有良好的应用价值。     

Modeling and Optimization of Heat Dissipation Structure of EV Battery Pack

In order to solve the problems of high temperature and inconsistency in the operation of electric vehicle (EV) battery pack,computational fluid dynamics (CFD) simulation method is used to simulate and optimize the heat dissipation of battery pack.The heat generation rate at different discharge magnifications is identified by establishing the heat generation model of the battery.In the forced air cooling mode,the Fluent software is used to compare the effects of different inlet and outlet directions,inlet angles,outlet angles,outlet sizes and inlet air speeds on heat dissipation.The simulation results show that the heat dissipation effect of the structure with the inlet and outlet on the same side is better than that on the different sides;the appropriate inlet angle and outlet width can improve the uniformity of temperature field;the increase of the inlet speed can improve the heat dissipation effect significantly.Compared with the steady temperature field of the initial structure,the average temperature after structure optimization is reduced by 4.8℃ and the temperature difference is reduced by 15.8℃,so that the battery can work under reasonable temperature and temperature difference.