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。     

碳纳米管填料对相变储能式热沉性能的影响

为了评估纳米复合相变材料在相变储能式热管理技术中的应用潜力,采用实验方法研究碳纳米管填料对相变储能式电子器件热沉瞬态性能的影响.选用十六醇为基底相变材料,以多壁碳纳米管为填料制备了不同质量分数（0.3%、1%和3%）的纳米复合相变材料,对复合相变材料的关键热物性进行表征.在短时较高热流密度（高达7.0 W/cm2）加热条件下,比较热沉（分为有翅片和无翅片2种结构）的瞬态性能随纳米复合相变材料中碳纳米管质量分数的变化规律.实验结果表明,在添加了碳纳米管填料之后热沉的性能较采用纯十六醇的工况有所削弱.虽然加入碳纳米管后纳米复合相变材料的导热系数有所提升,但黏度的急剧增加极大地削弱了熔化过程中的自然对流效应,从而抵消了导热强化所带来的性能提升.     

相变材料/导热翅片复合热管理系统应用于三元体系锂离子动力电池模组实验研究

以三元动力电池模组为研究对象,通过研究自然对流、相变材料（Phase Change Materials,PCM）、相变材料/导热翅片3种不同散热技术,分析3种不同热管理系统（Battery Thermal Management System,BTMS）在室温（25℃）和高温（45℃）工况下不同恒定倍率放电及充放电循环过程中的温度变化规律、产热速率及温升速率,测试整个电化学反应进程中的最大温度及最大温差技术指标,深入研究不同散热介质对于电池组安全性能的影响机理。结果表明,无论室温/高温环境条件恒定倍率放电和大电流充放电循环工况,相变材料/导热翅片电池组通过对电池组侧面和正负极处进行强化传热,具有明显有效的降温和均衡温度的能力,可以实现电池组最高温度的快速降低,并维持电池模组最高温差在5℃以内,满足动力电池模组的散热需求。     

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.     

掺杂对相变材料导热系数的影响

通过在相变材料中加添加剂的方法改变相变材料的导热系数,用激光法对改进后的试样进行了测最,对添加剂的种类和含量对相变材料导热系数的影响进行了定量分析.实验结果表明,铜粉添加剂可以显著提高相变材料的导热系数.     

电动车辆用锂离子电池热特性研究

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.

     

纯电动汽车电池箱的热特性

首先利用实验和计算求得纯电动汽车动力电池的热物性参数,然后通过ANSYS有限元仿真软件,对电池组生热和散热温度场进行仿真分析,完成了电池组的散热系统设计;通过对电池箱加热和保温结构进行仿真分析,完成了加热设计和保温设计。最后,通过实验验证了电池箱散热、加热和保温设计的有效性。     

大型软包锂离子电池的热物性实验研究

针对大型软包锂离子电池热物性参数的测定问题,提出适用于该型电池的热参数表征方法. 基于准稳态导热原理,建立电池的传热理论模型. 开展实验研究电池的比定压热容和导热系数与温度的依变关系,分析热损对测试结果的影响,对测试方法的有效性进行验证. 结果表明,电池比定压热容随着温度的升高而线性增大,导热系数受温度的影响较小. 在900 s内可以测得电池热参数在10~60 °C下的变化状况,实验验证结果显示测算精度高于92.3%,具有测算周期短、准确度高和测试灵活等优势.     

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.     

乙二醇单硬脂酸酯-十六醇复合相变材料的热性能

以乙二醇单硬脂酸酯(EGMS)和十六醇(H)为原料,采用熔融共混法制备EGMS-H复合相变材料。利用X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱分析(FT-IR)对复合相变材料的结构和组成进行表征,并通过差示扫描量热法(DSC)、热导率测试仪及步冷曲线考察复合相变材料的热性能。结果表明:EGMS和H复合后形成简单机械混合物;当EGMS和H的质量比为1∶1时,形成低共熔混合物,低共熔点温度为41.6℃;体系复合相变时平均传热速率较纯十六醇下降了41.13%;EGMS-H复合相变材料导热系数最低为0.227 6 W/(m·K),相对于纯EGMS或H,具更长的保温时间。     

外应力对热弹性马氏体相变的影响

应用郎道理论，通过引进两个序参量，即马氏体转变百分数φ和平均应变ε，将自由能密度函数按φ和ε展开，讨论了外应力对初始相变温度TC、马氏体转变百分数和马氏体转变性质的影响。研究了φ和温度T之间的关系，所得结论易与实验结果直接比较。     

稀土氧化镝对己二酸相变储热材料的热性能影响研究

采用熔融混合的方法,以己二酸为相变材料,添加稀土材料氧化镝为改性剂,制备己二酸相变储热材料。利用FT-IR、DSC、SEM等研究所制备相变储热材料的结构及性能,并通过热循环实验研究其热性能变化规律。结果表明:添加氧化镝后,材料相变温度提高,当氧化镝质量掺量为0.5%时,相变温度为151.2℃,熔化焓值最高,达259.6J/g;经过1 000次循环后,掺有质量分数0.5%氧化镝相变材料的相变焓衰减了11.8%,而纯己二酸的相变焓则衰减了16.0%,添加氧化镝后己二酸相变材料的热性能显著增强。     

含脂酸类相变材料的相变墙板热特性分析

目的进行含脂酸类PCM的相变墙板的热性能分析,探讨其热性能对减少建筑能耗,降低空调负荷的可能性.方法在充分考虑北方地区夏季昼夜的气候条件和国家节约用电的峰谷电价差政策的基础上,利用DSC进行相变储能材料性能测试与分析,优选出两种脂酸类相变材料,制成相变储能墙板,分析其热特性.结果确定了两种分别适合于北方寒冷地区夏、冬季节应用的脂酸类PCM混合物,它们的相变温度在北方地区实际室内空调设计温度范围内,具有很高的相变潜热,把相应的PCM溶入石膏板后具有较高的相变潜热,为充分利用北方地区夏季的夜间自然冷风和峰谷电价差政策提供了先决条件.结论相变墙板不但起到移峰填谷、减少建筑能耗、降低空调负荷、提高经济效益等作用,而且还会大大改善房间的舒适度,为北方地区的空调发展开辟新的空间.     

混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响

为了研究混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响,制备以碳纳米管和银(或氧化铝)纳米颗粒为二元混合填料的有机类复合相变材料.采用瞬态平面热源法导热仪对复合相变材料在室温下固态时的有效导热系数进行测试.研究中综合考虑填料总加载量、碳纳米管/纳米颗粒的配比以及基底相变材料对复合相变材料有效导热系数的影响.实验结果表明,碳纳米管和纳米颗粒填料之间是互相抑制的,混合纳米填料所导致的复合相变材料导热系数增长甚至低于仅添加单一碳纳米管或纳米颗粒时的效果.在本研究所关注的较低的总加载量下(最高体积分数为1.5%),尚不足以构建出能够实现混合填料协同效果的有效导热网络.纳米填料分布的微观表征图片证实,虽然混合填料各自的分布都较为均匀,但导热机理的差异和较高的界面热阻使得不同纳米填料之间无法体现出理想的协同效应,反而导致当单一纳米填料之间的导热通路被破坏时会呈现出反效果.     

导热填料对HDPE/石蜡定形相变材料性能的影响

采用熔融共混技术,在高密度聚乙烯（HDPE）/石蜡定形相变材料中添加普通石墨、氧化膨胀石墨、超声膨胀石墨以及膨胀石墨（EG）4种导热填料制备导热定形相变材料（PCM）。SEM图表明导热填料可以与HDPE、石蜡均匀混合。添加导热填料后定形相变材料的渗漏率有增大的趋势,但添加普通石墨和超声膨胀石墨时,渗漏率随导热填料含量的增加而增加,添加氧化膨胀石墨和EG时,PCM的渗漏率随导热填料含量的增加而降低。定形相变材料中添加导热填料时其热导率有显著提高。添加EG时,定形相变材料的热导率提高最多,提高率达144.7%。     

电动汽车动力电池组相变材料冷却的数值模拟

为了进一步优化动力电池组相变冷却方式的冷却效果,设计了一种相变材料耦合冷却结构。在利用实验数据验证数值模拟模型准确可靠的基础上,对相变材料冷却结构与相变材料耦合冷却结构的冷却效果进行了稳态与非稳态数值模拟。模拟结果表明:相变材料耦合冷却结构比相变材料冷却结构有更强的冷却能力,其冷却效果好,电池温度均匀性更好,在高放电倍率下表现得更明显。     

溶剂热法制备锂离子电池SnS_2负极材料

采用结晶四氯化锡和硫代乙酰胺为原料,乙醇为溶剂,在不同反应物浓度下制备了SnS2粉体.用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),循环伏安(CV)和恒电流充放电对其进行研究.结果表明,当反应物浓度降为初始反应浓度的1/3时,制备出的样品为纳米片状六方相晶体结构,在0.01～1.2V间,以0.5C(C=646mA·g-1)的电流对其进行充放电,30次循环后容量仍保持在301mAhg1以上.具有良好的循环稳定性,说明纳米SnS2是一种有希望的锂离子电池负极材料.     

相变储能水箱蓄放热性能多因素模拟分析

目的研究多种影响因素下的相变储能水箱蓄放热性能,优化相变储能水箱设计参数.方法以CFD软件为平台,从4个方面模拟了11组相变储能水箱的蓄放热情况,确定最优的相变储能水箱设计参数.结果模拟结果表明,采用直径30 mm相变封装单元的水箱蓄放热速度比采用40 mm和50 mm相变封装单元的水箱更快.放热阶段应在满足供热需求的前提下选取较小的水箱进水流速.相变材料(PCM)的导热系数提高0.1 W/(m·K),节省了近50%的蓄放热时间.相变封装单元交错排列时相变储能水箱蓄放热效果好于顺序排列.最后选取最优的设计参数进行模拟,模拟结果显示放热时水箱出水被加热2℃以上的时间为1.45 h,占总放热时间的63%.结论笔者分析得出的结果将为实际相变储能水箱的设计提供参考,有利于提高相变储能水箱的蓄放热性能.     

复合墙体中相变层相对导热系数计算方法

目前相变材料已初步进入工程应用阶段,由于传热过程受比热、导热系数变化及相变作用的影响,相变材料不能像普通材料一样利用导热系数进行材料比选,其热工设计指标的选择具有一定的困难.为此,提出相对导热系数作为相变材料比选的热物性指标,并给出相应的计算方法用以指导相变墙体的热工设计.在一定环境条件下与定物性材料导热能力相同的导热系数定义为相变应用周期内相变材料的相对导热系数.根据此方法计算得到中国不同地区复合墙体相变层的相对导热系数,通过该参数直观地反映出相变材料层全年的动态传热特性,从而对相变材料在不同地区建筑中的应用效果进行评估.通过将不同相变层的相对导热系数进行对比,得出不同相变材料在建筑中的应用效果差异较大.本文提出的相对导热系数能够为不同环境条件下相变材料的优选进行有效指导.