基于相变材料的锂离子电池组热管理研究进展

介绍了相变储能材料的特性及分类,分析了锂离子电池组的产热机理及对其进行热管理的必要性。总结了近几年来采用风冷、液冷等热管理系统的研究进展,重点介绍了基于相变材料的热管理系统的优势、存在的问题及其改进方法。针对石蜡等相变材料的导热系数小等缺点,提出了几种强化传热的方案,展望了电池组热管理系统的应用前景。     

相变材料强化传热的动力电池散热性能研究

动力电池散热性能对电动汽车正常运行至关重要.为强化相变材料导热能力,改善动力电池散热效果,以动力电池最高温度和温差作为评价指标,用计算流体力学(CFD)方法研究在相变材料(PCM)中加入不同结构形状和数量的导热翅片对动力电池散热性能的影响.结果表明,添加弧形结构翅片比不添加时电池最高温度和温差降幅分别为7.99和0.67 K;在可用空间内,增加翅片数量,电池最高温度和温差的下降幅度不按比例增大.当加入4个翅片时,电池最高温度和温差下降幅度最大.     

基于相变材料的方形动力电池散热模拟研究

首先对电池的产热方式进行了分析,然后根据相变问题求解焓法模型以及相关热传导理论,建立了基于相变材料的方形单体电池散热三维热模型。在此模型基础上结合方形电池表面的外形结构,分析了不同相变材料结合方式,不同相变材料用量以及不同表面换热系数对电池工作温度的影响。研究表明:在电池四周包裹相变材料比只在两侧结合的方式具有更好的降温能力,但是两侧结合具有更小的温差;相变材料厚度3 mm或对流换热系数达到21 W/(m~2·K)时,可以使电池的工作温度始终低于50℃,但是继续增大数值取得的效果不明显。     

水合盐相变材料用于锂离子电池热管理

锂离子电池的性能对温度很敏感。由于高倍率放电带来的温度变化较大,对电池热管理的要求越来越高。为调控电池的最高温度及温度均匀性,制备水合盐相变材料。该相变材料由三水醋酸钠、甘氨酸、十二水磷酸氢二钠构成的共晶水合盐和膨胀石墨组成。当添加质量分数5.0%的膨胀石墨时,材料的相变温度和相变焓分别是45.31℃和196.17 J/g,热导率为1.60 W/(m·K),且抗泄漏能力较好。在室温(25℃)下,当放电倍率为2 C时,采用相变冷却,单体电池的最大温差为0.21℃,电池组的最高温度控制在55℃以内,电池组间的最大温差为2.41℃,分别比空气冷却降低了89.55%、22.24%和77.46%。与空气冷却相比,相变冷却可提高电池组在高倍率放电时的温度均匀性,并使其处于合适的温度范围。     

复合相变材料用于电池包热管理散热性能分析

相变材料用于电动汽车电池包热管理能够有效控制电池的最高温度,提高电池包的温度均匀性且不需任何寄生能耗;但相变材料导热率较差,不利于电池的散热。制备了膨胀石墨(EG)/石蜡复合相变材料(CPCM),并通过计算得出不同膨胀石墨质量分数下复合相变材料热物性参数的理论值,在此基础上利用数值模拟分析了不同膨胀石墨质量分数下的膨胀石墨/石蜡复合相变材料对电池散热的影响。     

风冷式CPCM锂离子电池热管理系统性能分析

针对圆柱形锂离子电池,提出一种风冷式膨胀石墨(EG)石蜡复合相变材料(CPCM)电池模组散热结构.建立了该电池模组的热仿真模型并进行数值模拟,结果表明,EG的质量分数为12％时,电池模组的最高温度及温差同时达到最低值;电池模组进行连续1C充电/3C放电充放电循环,空气流速为3m/s时,在两次充放电循环过程中,每一个时刻...     

基于半导体制冷-相变材料的电池热管理

相变材料用于锂离子电池冷却时,可能会受环境温度的影响;半导体制冷片用于电池冷却时,通常要对发热端进行液冷,结构较复杂。为解决上述问题并实现优势互补,提出一种半导体制冷片结合相变材料的锂离子电池热管理思路。建立三维传热模型,进行仿真计算。在散热工况下,环境温度分别为25℃、35℃和45℃时,5 C恒流放电的方形(70 mm×27 mm×90 mm)磷酸铁锂锂离子电池的最高温度始终都在60℃以下;在加热工况下,环境温度为-10℃、-20℃时,使本身不产热的电池的最低温度达到0℃,分别需加热223 s、479 s。该热管理结构既可满足电池在不同环境温度下的散热需求,也可实现低温下较好的加热效果。     

相变材料应用于电池模组散热特性的模拟实验

将石蜡与膨胀石墨、高导热石墨膜进行复合制成片材封装在铝塑袋中,制备出不易泄露、使用安全的相变复合材料.根据软包电池模组的结构,采用铝加热板模拟电池发热,建立软包电池模组模拟系统.将2 mm厚的相变材料应用于模拟系统中,研究相变材料对加热板温升速率、不同加热板之间的温差以及同一加热板不同点温差的影响,结果表明:当加热功率...     

基于Mxene/石蜡CPCM的锂电池热管理系统

为了确保锂离子电池的安全稳定运行,可靠的电池热管理系统(BTMS)在处理电池热相关问题和确保动力电池的性能、安全以及寿命方面都起着不可或缺的作用。相变材料冷却结构简单、冷却效率高,具有较好的温度平衡性能,而新型纳米材料Mxene的导热系数高达55.8 W/(m·K),因此首次将Mxene和石蜡结合构建复合相变材料(CPCM),在方形锂离子电池组基础上建立了以Mxene/石蜡为CPCM的电池热管理系统,研究Mxene的质量分数对电池组温度分布的影响,并进一步对电池组仿真模型进行研究,探讨电池间距、环境温度和对流传热系数对电池组散热性能的影响。研究表明：当石蜡和Mxene质量比为1∶1,X轴和Y轴方向电池组的间距分别为20和10 mm,环境温度控制在34℃之内,对流传热系数为4 W/(m·K)时,该电池组的散热效果最好。     

基于相变传热的动力锂离子电池散热结构

根据锂离子电池生-传热机理,设计电池单体单独成组、电池单体之间嵌入相变材料以及使用相变材料-散热片-风冷耦合等3种散热方案。采用有限元软件ANSYS,仿真不同放电倍率下电池模组的温度分布。在相变材料-散热片-风冷耦合的散热条件下,电池以2.00 C倍率放电的最高温度为39.33℃,最大温差仅为3.06℃。     

高压变频器功率模块相变散热研究

高压变频器功率器件的散热问题是制约设备性能、影响功率密度的关键.针对传统空冷和水冷散热方案存在的不足,本文展开蒸发冷却相变散热技术在大功率高压变频器上的应用研究.首先根据变频器功率模块的结构参数特点和热损耗计算,设计了高集成化的蒸发冷却冷板散热方案,并通过数值仿真和实验进行了验证.研究分析表明,相变冷板散热方案相比强迫...     

锂离子电池组风冷散热结构的优化

建立锂离子电池组风冷结构初始模型,采用计算流体力学(CFD)理论,用Fluent软件进行温度场和流场仿真。根据仿真结果,考虑进风角度、出风角度和电池间距等3种因素,基于正交试验进行多目标优化。以电池组最高温度和温差的最小化作为目标,经多次迭代计算,得出局部最优方案:进风区域左端高度为9 mm(进风角度2. 74°),出风口高度为28 mm(出风角度2°),电池间距公差值为0. 4 mm。与初始模型相比,优化模型的电池组最高温度降低9. 55%,温差下降25. 89%。     

弓形截面柱状相变储热装置热性能数值模拟

为提升传统卧式柱状相变储热装置性能,结合相变材料(PCM)熔化过程传热特性,设计了一种弓形截面水平管壳式相变储热装置.建立了弓形截面和传统圆形截面柱状相变储热单元模型,通过模拟研究对比了不同温度条件下2种装置的蓄/放热过程.结果表明:在储热温度为80℃时,弓形截面相变储热单元的储热时间较圆形截面储热单元减少48.37％...     

相变储能温差电池的仿真研究

相变储能温差电池可以利用自然环境中昼夜交替产生的温度变化,将收集的热量建立温差并转换为电能输出。采用ANSYS软件建立了以水作为相变材料的相变储能温差电池样机的有限元模型。对温差电组件在热、电输出特性不变的前提下进行了等效变换。在模拟的昼夜温度变化条件下,得到了温差电组件内侧和外侧温度、电池输出电压、输出功率和累计输出能量随时间变化的计算结果,计算值与试验值基本符合。计算还给出了不同时刻电池的温度分布,反映出容器内壁延伸出的肋片对相变的强化作用,以及相变在温差电组件处的容器内壁附近首先发生,再逐步扩展到离容器内壁及肋片较远的区域。     

石墨烯复合绝缘结构的轮毂电机定子散热能力研究

轮毂电机的效率和稳定性对新能源汽车的品质起着决定性的作用.轮毂电机工作空间紧凑,温升直接决定着轮毂电机的工作效率及寿命,因此研究轮毂电机的散热能力至关重要.以75 kW外转子轮毂电机为例,建立了电机三维物理模型,对该轮毂电机额定工况下的损耗和发热量进行了计算,并计算出轮毂电机各部分的导热系数及换热系数.对比了3种环氧树脂复合材料的导热性能以及电气绝缘性能,最终选定了氧化铝@石墨烯/环氧树脂复合材料作为本文研究电机的绝缘结构材料.对比分析了绝缘结构分别采用普通绝缘材料以及石墨烯复合绝缘材料的定子温度分布,通过对定子铁心关键位置特征点温度分布的提取,揭示了两种材料条件下轮毂电机各特征点沿轴向温度分布规律,研究表明:石墨烯复合材料能够显著增强轮毂电机定子散热能力.     

自由与嵌装状态下冷凝器散热对冰箱性能的影响

针对某品牌冰箱,在自由和嵌装状态下分别建立了数值模型,对压缩机仓的空气流动及散热进行仿真研究,并用实验验证了模型的可靠性.模拟结果表明:与自由状态相比,嵌装状态下冰箱压缩机仓与外界之间空气流动阻力增大,导致气流主要流动方向由侧进侧出变为底进底出,并且总风量降低28.6％,热气流短路风量增大32.2％,抬高了压缩机仓进风温度,使得冷凝器表面平均温度增大13.9℃,压缩机壳顶平均温度升高27.6℃.而嵌装状态下冷凝器散热恶化,抬高了压缩机压比,最终导致冰箱日耗电量增大13.66％.本文研究结果可为嵌入式冰箱压缩机仓的冷凝器散热性能优化提供理论指导.     

新型复合相变材料蓄热电暖器热性能实验研究

相变蓄热电暖器利用夜间低谷电蓄热供房间日间供暖使用,可以实现电力调峰,降低用户供暖运行费。本文以六水合氯化镁（MgCl2·6H2O）为相变材料基材,通过添加多孔材料膨胀石墨（EG）消除相分离现象,再添加成核剂氢氧化钙（Ca(OH)2）降低过冷度,研制出一种复合型相变材料。通过对不同配方的复合相变材料热物性进行优化测试发现:当MgCl2·6H2O/EG/Ca(OH)2的质量配比为91.5%/7.5%/1%时,该复合相变材料能有效消除相变材料过冷度和相分离现象并保持较高的相变潜热。利用该新型复合相变材料搭建了相变蓄热电暖器蓄放热性能实验台,对比了不同运行模式下该电暖器的蓄/放热性能。结果表明:该设备在夜间蓄热、日间放热和补热的工况下,能够将室内环境保持到舒适温度;该设备可以实现较高的蓄热效率,在本文工况中的实际蓄热效率为63.8%;与常规供热方式相比,该设备供热方式的运行费用较低,具有良好的经济效益。