基于相变材料的电池组复合散热方式性能研究

针对电动汽车目前对动力电池组的温度控制要求,优化了现有电池箱,设计了新型复合相变材料与热管耦合电池组散热结构;依据钴酸锂动力电池组在混合动力电动汽车中的应用,搭建试验台,制作相应样机,进行了充电效果实验和温度测量;对所设计不同散热方式所得出的实验结果进行对比分析,得出复合相变材料与热管耦合电池组散热的效果。     

湿芯辅助的动力电池热管理系统的热特性研究

风冷电池热管理技术发展成熟且成本低廉,但由于空气的对流系数小,限制了传统风冷系统的散热能力。为了强化传热,设计了一种湿芯辅助的强制风冷电池热管理系统。利用Fluent软件建立锂离子电池组生热模型,对比研究不同室外参数和风速下同一电池组在传统风冷和湿芯辅助下的电池热特性。湿芯可使电池组进风温度降低4.9-6.6℃,从而降低电池表面的最高温度,但电池组均温性会稍微恶化。在较热和干燥的环境条件下,湿芯可以获得更高的冷却效率。在38℃高温环境下,湿芯辅助的风冷系统仍可避免电池过热的风险,但不推荐低于1.0m/s的风速。     

相变储能材料在电池热管理系统中的应用研究进展

分析了动力型电池组在运行中的热问题对电动车在各种环境下的服役性能的重要影响.在简单归纳采用风冷、液冷方式的热管理系统的优缺点的前提下,着重总结了采用相变材料(PCM)的热管理系统原理、设计所需电池和PCM的主要参数,以及该研究领域进展和效果评价.指出基于PCM的热管理方法是开发结构紧凑的高性能锂离子动力电池系统的重要发展方向,值得引起更多的关注.     

基于相变材料与空气耦合热管理系统的电池温度控制研究

电池组在充放电时,温度过高或者温度均匀性较差不仅会影响电池容量、使用寿命,严重时还会引发安全问题。针对钛酸锂电池组成的电池组,采用Fluent仿真软件分析了相变材料热管理系统对电池的温度控制效果,并基于相变材料热管理系统进行了优化,形成了相变材料与空气耦合热管理系统。最后对相变材料热管理系统与耦合热管理系统进行了对比分析,结果表明:耦合热管理系统能更有效的控制电池组温度。     

车用锂离子电池组液冷散热系统设计与优化

目的 解决传统热管理系统中锂离子电池组在充放电过程中温度过高、温差过大等问题。方法 以液冷方式为主要手段,在传统蛇形冷却通道的基础上设计1种单流入单流出的微通道结构和2种双流入单流出的微通道结构,并采用新型高导热材料石墨烯薄膜作为散热辅助材料。基于有限元仿真软件从电池组的最高温度、温差、温升和流体压力4个角度进行比较分析。结果 优化后电池组的最高温度由36.4℃降至36℃,温差由8.7℃降至3.9℃,电池组的散热能力及温度一致性得到提高。结论 双流入单流出结构优于单流入单流出结构,其中双波纹蛇形为最佳的液冷微通道结构,石墨烯薄膜的采用可进一步提高电池组的温度一致性。     

混合动力汽车动力电池组散热特性实验研究

针对混合动力车辆目前对动力电池组的温度控制要求,设计了动力电池组高效均温对流散热结构;根据混合动力汽车用镍氢动力电池组的不同电池模块配置方式,制作了样机,进行了充放电实验和温度测量;将实验结果与相关的数值模拟结果进行了对比分析,着重分析了梯形排列电池组的散热特点。     

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。     

电动汽车热管理系统的研究现状及展望

电动汽车正面临着前所未有的发展机遇,但在实际应用中,电动汽车仍然有一些亟待解决的问题,比如在极端的气候和驾驶条件下电池性能恶化,在低温环境下热泵系统效率急剧下降以及车外换热器的除霜问题等等。因此,对电动汽车热管理系统的研究是解决电动汽车实际应用的关键。本文总结了国内外电动汽车热管理系统的研究成果,从基本的三电(电池、电机/电控)热管理、热泵空调到集成热管理系统,对现有的研究现状进行了综述分析,并对未来电动汽车热管理系统的发展方向和趋势进行了预测和展望,对于今后电动汽车热管理系统的研究和工程应用具有指导意义。     

电池热管理系统散/加热特性研究及保温安全设计

目的 研究电动汽车高/低温工况下锂离子（Li–ion）电池散/加热所需时间,完善电池热管理系统（BTMS）的保温与安全设计。方法 通过瞬态仿真分析微通道耦合微热管（MC耦合UMHP）式BTMS作用Li–ion电池组散热过程的动态特性,并在该BTMS结构上增加电加热辅助设计,考虑到Li–ion电池组在超低/高温工况运行时的各种不利条件,对MC耦合UMHP式BTMS增加保温与安全设计。结果 在流速为3 m/s时,MC耦合UMHP式BTMS作用Li–ion电池组从初始温度314 K降温至目标温度303 K所需的时间仅为135 s,在Li–ion电池组初始温度为258 K时,加热时间近258 s,在各种工况下进行散/加热仿真实验中Li–ion电池组的最大温差始终小于5 K。结论 MC耦合UMHP式BTMS对Li–ion电池散/加热所需时间少,换热效果好,温度均衡性好。     

电动汽车空调与电池热管理系统设计与匹配

本文对电动汽车空调系统和电池热管理系统的基本功能进行了构想,在此基础上设计了系统的原理图并对系统的基本功能进行了分析。此外,文中对系统关键零部件的性能参数给出了选型方法,最后对整车环模试验数据和多工况下路试试验数据进行分析。结果表明,本文所设计匹配的电动车空调及电池热管理系统能满足乘员舱的制冷及采暖需求,同时也能为电池组提供较适宜工作温度环境。     

串联电池组充电模式研究

针对基于电池组端电压的传统充电模式因不能实时有效地检测到各单只电池的状态而导致部分单只电池出现严重过充电,使得电池组寿命严重缩短甚至出现安全隐患的现象,提出了电池管理系统和充电机协调配合的充电模式,该模式通过电池管理系统和充电机之间的数据共享,使得能在充电过程中实时地得到各单只电池的电压、温度以及电池系统的故障等信息并将其纳入充电控制,改变充电电流,有效地保证电池组内所有单只电池不出现过充电,减小了充电对电池寿命的影响,提高了充电的安全性.基于该充电模式,以Thevenin电池模型为例详细地分析了电池模型参数的识别机理,并提出了基于电池容量和内阻的更加科学的电池组一致性评价体系.     

基于相变材料的电动汽车电池热管理研究进展

锂离子电池作为电动车的动力核心,其性能和安全性直接关系到整车质量和行驶里程.电池的充放电性能和循环寿命受到温度的影响.本文简要介绍了电池发热机理和温度对电池性能的影响,主要综述了基于相变材料的电动汽车电池热管理技术的应用和发展.从材料角度,文中列举并分析了具有合适相变温度的PCM的潜热、导热系数等热物理性质,结论是:有机材料在满足潜热和相变温度的同时,还具备优异的成型性,而其较一般的导热性能和机械性能可通过添加改性剂来增强和优化;从装置角度,基于相变材料的热管理模块可以在被动模式下实现电芯间更均匀的温度分布、较小的温度波动和较低的能耗,而与传统的空冷、液冷方式结合后,混合热管理系统显示出更好的协同效果.目前,有关集成相变材料的电池组实验研究仍较少,但已有的计算流体动力学研究表明,借助相变材料,电池温度性能得到了优化和完善.最后分析了该新型热管理技术的发展瓶颈、可行的解决方案和未来研究方向.     

热电制冷技术在锂离子电池热管理上的应用研究

锂离子动力电池具有电压平台高、比能量大、充放电效率高及寿命长等优势,已经在新能源汽车领域得到了普遍应用。但它的散热问题成了制约其发展的瓶颈。目前锂离子电池的散热有多种散热方式,鉴于热电制冷具有冷热端灵活转换,高可靠性,安全性等优点,本文将热电制冷技术应用于蓄电池的散热,基于电池的发热机理提出了一种新的散热优化方案,并通过ICEPAK进行了热仿真分析。研究发现该方案能够在环境温度为40℃的恶劣条件下,使电池表面平均温度维持在30℃左右,能够适应电池的散热需求,为日后热电技术在汽车领域的应用提供了参考。     

电池组故障诊断模糊专家系统的研究

对电池组的故障进行诊断是电池管理系统的重要功能。本文以模糊数学与模糊诊断原理为基础,建立了电池组故障诊断模糊专家系统的模型,给出了专家系统所用规则、历史档案数据内容以及电池组运行性能评估的算法——静态SOR评估算法。此外,还讨论了系统的具体实现,包括症状模糊化、故障的诊断和DOH的计算。最后给出了实验结果。     

半导体制冷热端散热强度的研究

影响半导体制冷性能的一个重要因素为半导体热端散热强度。针对这一问题本文首先选取了风冷散热、热管散热以及水冷散热三种散热方式进行了实验研究,得出水冷散热方式下制冷效果最佳的结论。其次,在最佳散热方式即水冷散热方式下,通过改变热端散热水流量从而改变散热强度的方法,选取6组热端散热水流量,进行半导体热端散热强度的实验研究,得出热端散热强度对半导体制冷性能的影响规律。     

电动汽车电池温控的热负荷数值分析

为了开发高效节能的电动汽车电池热管理系统,通过建立电池发热模型,对电池温控的热负荷进行理论计算,并分析散/预热负荷、散/预热临界温度、临界时间与车速、环境温度的关系。结果表明:平均车速越快,启动电池散热系统的临界环境温度越低;环境温度越高,启动散热系统的临界时间越短。平均车速为60 km/h时,散热负荷约为0.18 kW;平均车速为120 km/h时,散热负荷约为3.0kW。启动散热系统的临界环境温度为22℃,当环境温度为35℃时,散热临界时间为0.43 h。环境温度越低,预热负荷越大,当环境温度为-20℃时,在15 min内将电池从环境温度加热到5℃的加热负荷为5.3 kW。车辆行驶平均车速在120 km/h时电池温升约23℃,60 km/h时电池温升约6℃,平均车速较低时,需要提高预热温度以满足电池高效运行所需的温度范围。     

动力电池自放电测量新技术原理与应用

动力电池,作为供电系统中的一部分,在整个电动汽车系统中起着决定性的作用。电动汽车动力电池性能的差异性,是影响电池组使用寿命的重要因素。由于动力电池组是串联充放电的,电流相同,假如电池单体容量动态一致性已经做到很好,那么,电池组的不均匀性就只能是自放电差异性引起的。因此,电池自放电测试技术的突破,对单体电池、电池组、电动汽车的发展都具有重要意义。     

基于BP神经网络法研究锂电池荷电状态

电动汽车锂离子动力电池荷电估算是电池管理系统的关键技术之一,电池荷电状态的精准计算对于电动汽车的续航里程估计有着重要意义。选取某车型三元锂离子动力电池组为研究对象,在指定温度下利用专用动力电池数据采集仪器采集动力电池数据,然后将数据植入到BP神经网络模型中去学习训练与验证。结果表明:基于BP神经网络法计算电池荷电的误差基本能控制在6%以内,验证了模型的准确性,为电池荷电估计算法的研究与改进打下了坚实的基础。     

新型动力电池均衡器的设计

本文将围绕新能源汽车动力电池组充放电过程容量不均衡、电池组整体性能下降这一问题开展研究,设计出了一种可根据荷电状态差异程度来调节单体电池充放电的高效均衡器,实验表明:改进的新型均衡器有效提高了动力电池组的整体性能,对推动新能源汽车的发展奠定了重要基础。     

有机相变材料强化及耦合优化电池热管理系统的研究进展

为满足电动汽车锂离子电池热管理需求，具有优良温控效果的相变材料(PCM)冷却逐渐成为研究热点。本文从有机PCM物性不足出发，概括了目前复合有机PCM的制备及改进方向：添加多维高导热材料(如碳材料、纳米金属、泡沫金属等)强化导热；添加共聚物(如聚乙烯、热塑性弹性体等)提高材料柔韧性和添加阻燃剂(如红磷、聚磷酸铵等)提高阻燃效果以改善其实用性。分别指出膨胀石墨、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯和复合使用红磷与聚磷酸铵对导热、柔性和阻燃的显著提升。同时描述了有机PCM与热管、液冷、空冷等散热方式耦合后系统强化换热的效果，总结耦合热管时需要考虑不同热管排布；耦合液冷或空冷需要设计合适流道增强换热。随后介绍了通过模拟仿真分析有机PCM用于电池热管理系统影响因素及最佳使用工况的研究。最后总结有机PCM用于电池热管理的进展及不足，其难点仍在于其可燃和导电性的改善以及柔性有机PCM在室温下柔韧性不足，有机PCM耦合传统散热系统的车载可靠性和循环可行性也缺乏相应探讨，并为今后有机PCM用于电池热管理提出一定建议。