锂离子动力电池风道模型设计与散热仿真

为了研究车用锂离子动力电池模组的散热性能,本文以5×10等间距排列的18650锂离子电池模组为研究对象,采用ANSYS AIM软件仿真了电池模组的风道方向、排布方式、进出风口位置、放电倍率对电池散热的影响.结果表明,在相同风速下,横向风道模型的电池温差低于纵向风道模型.随着风速增加,电池的最高温度、平均温度和温度差均降低.风速大于1 m·s-1时,电池温差由大到小顺序为:错开排列、长方形排列、双梯形排列、梯形排列.与两侧壁面各开一个进出风口的横向风道模型相比,在进风口一侧增加一个出风口以及两侧壁面分别开设4个散热孔的横向风道模型电池的最高温度、平均温度、温差降低幅度较大;放电倍率影响电池温度和温差,放电倍率较高者,电池温度和温差较大,本实验条件下不同放电倍率下的电池温差仅为1.34℃～4.0℃,这说明该模型结构下的电池散热性能相对较好.     

新型车用软包锂离子电池模块温度特性研究

电动汽车电池包由一定数量的电池模块组成,模块的温度特性将直接影响电池包的温度特性。为研究软包三元锂离子电池模块的温度特性,以软包三元锂离子单体电池作为对象,设计并制作了新型的电池模块。通过测量试验,获得了单体电池在不同下开路电压与温度的关系,获得了dE0/d与的关系曲线。结合Bernadi生热模型,利用ANSYS软件建立了电池模块热模型;进行了不同放电倍率下发热仿真,对比不同放电倍率下模块的温升实际测试结果,实测结果与仿真结果误差很小,表明该模型是可信的。仿真结果表明该模块在不同倍率下放电的温升和温度场差异较小,这表明模块的散热设计是有效的。     

基于微通道扁管复合冷却电池热管理仿真分析

为解决锂离子电池在高温环境下寿命衰减的问题,设计了一种基于微通道扁管的电池热管理系统,并对其冷却能力进行了理论分析和数值模拟.微通道扁管冷却型电池模块在最大连续放电倍率下的最高温度为32.22℃,最大温差7.05℃.为降低电池模块温度的不均匀性,进一步开发了结合相变材料和热解石墨片的两种复合冷却热管理系统.改善后的复合...     

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,每一个时刻都能将电池模组的最高温度及温差控制在合适的工作范围内.在环境温度为37℃时,该热管理系统能将电池模组的最高温度控制在50℃以内,温差控制在5℃以下.     

电动汽车用电池组的热性能

结合电池成组在电动汽车(EV)上的应用,研究锂离子电池特性与温度的关系、电池组的传热及散热方式。以LP2770134为单体电池,由6个11串5并模组、2个7串5并模组和2个8串5并模组构成100 Ah电池组,在不同放电倍率、不同环境温度下对电池组进行热仿真和实测。在同样的放电倍率下,环境温度升高,电池组温升加大;环境温度升高时单体电池的温度差异增大,部分单体电池温度超过了使用温度(环境温度为40℃时,单体最高温度达到51.5℃)。     

风冷式车用锂离子动力电池包热管理研究

利用CFD软件对串行风冷式18650圆柱锂离子动力电池包的散热效果进行研究,探究了电池排布方式、电池间距及进风口风速对电池包温度场分布的影响,并设计实验对仿真模型进行了验证。仿真结果表明:当电池以2 C放电时,采用顺排排布的方式布置电池最有利于电池组的散热;减小电池间距可以抑制电池组的最高温度,当电池间距为4mm时电池组的温度均匀性达到最优;提高进风口风速能显著提升电池包的散热效果,当风速达到4 m/s时,电池组的最高温度为307.2 K,满足设计要求。     

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。     

考虑热辐射效应的锂离子电池温度场仿真分析

温升是影响锂离子电池力学性能和使用寿命的主要参数。研究了热辐射效应对温度的影响,首先建立了圆柱型电池传热模型,针对ICR65/400锂离子电池数值分析了热辐射系数对电池内部温度场变化的影响;然后讨论了放电倍率、对流换热系数和环境温度对热辐射的影响;最后在高放电倍率、自然对流和低温环境下,对有无热辐射效应的温度场进行了比较。结果表明:圆柱型锂离子电池放电过程中最高温度出现在电池中心处,最低温度在电池表面;当放电倍率、环境温度和对流换热系数不变时,热辐射系数越大,电池散热越快,体系降温速率越快,达到热平衡时间越短;电池放电倍率越高,其生热速率越快,热辐射的散热效果越显著;当对流换热系数和放电倍率不变时,环境温度越低,其与电池温差越大,热辐射的散热效果越显著;当环境温度和放电倍率不变时,对流换热系数越小,热辐射的散热效果越显著;热辐射效应可有效降低电池内部温度。     

双极性锂离子电池热设计仿真研究

双极性锂离子电池具有比能量高、电流均匀、结构紧凑等特征,在调频储能领域应用前景良好.由于双极性锂离子电池为内部串联结构,因而对温度分布的可控性和均匀性要求更高.通过建立双极性锂离子电池三维热电耦合模型,分析了端面集流体结构、电芯尺寸及散热方式对电池温度特征的影响.结果表明,电池最高温度及位置将受到端面集流体厚度影响,采用薄集流体结合多极耳的降温及均温效果均优于直接增厚集流体.同时,以端面等效电阻作为评价参数,可进一步优化集流体结构.通过分析电芯尺寸与对流换热系数关系,确定在本研究所述条件下,为满足最高温度及温差分别小于45与5 ℃,电池临界厚度为40 mm,并且宜采用对流换热系数为25 W/(m2·℃)的强制空冷散热方式.     

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。     

锂离子电池储能舱风冷散热数值模拟与优化

为优化锂离子电池舱风冷散热系统,基于实际电池舱仿真模型,文中设计了电池舱风冷散热优化方案。由于锂离子电池在运行时存在热失控风险,极端情况下甚至引起电池舱起火或爆炸等安全事故。有效的电池舱风冷散热系统可以抑制电池热量的积累和扩散,然而现有的电池舱风冷系统结构简单,散热效率低。文中提出在电池舱安装导流板改变舱内温度场和流场,达到优化散热系统的目的。结果表明,在环境温度25℃、4m/s风速的条件下,对1C充电的电池舱进行风冷散热。增设一块导流板可以使电池舱内的平均温度降低2.9℃,最高温度降低4.5℃;增设两块导流板可以使电池舱内的平均温度降低5.5℃,最高温度降低8.6℃。合理的导流板布置可以优化电池舱的风冷散热系统,提高散热效率,增加电池舱运行的安全性。     

基于风冷散热的锂电池热管理数值模拟研究

圆柱形锂离子电池布置方式和热物性参数对电池的热特性及安全性具有重要影响.首先建立了18650型LiFePO4单体电池产热模型以及电池组散热模型,分析了排布方式、电池间距等电池模块几何参数以及径向导热系数等热物性参数对电池模块散热特性的影响.结果表明,电池的间距越大,其平均温度越低,温差越小,散热效果越好;单就冷却效果而言,叉排排布结构最优,综合考虑电池模块的能量密度和冷却效果,六边形排布结构最优;径向导热系数由0.2174 W/(m·K)增加到1.7174 W/(m·K)时,电池最高温度由306.15 K降低到302.90 K,减小了3.25 K,电池模块温度分布更加均匀.研究为基于风冷的锂离子电池组热管理系统结构的设计和优化提供了重要参考.     

锂离子电池不同极耳分布下热行为研究

锂离子电池热行为在电池工作过程中扮演重要角色,以软包磷酸铁锂电池为研究对象,研究了电池极耳分布对电池电芯热行为的影响。研究结果表明,采用双侧极耳分布的锂离子电池电芯呈对称性分布,并且其最大温度略高于同倍率下单侧极耳分布。此外,随着倍率增大,锂离子电池电芯温度迅速升高,5 C放电最高温度可达到318 K,在电池正常工作温度范围内,不需额外散热策略。     

车用锂离子电池模块振动测试分析

车用锂离子电池模块按照QC／T743及SAEJ2380两个标准进行振动，本文分析了不同振动标准对电池模块振动性能的评价。从电池模块结构、放电容量、交流内阻和振动过程中电芯的温度变化多角度分析振动对车用锂离子电池模块性能的影响。经过振动测试，车用锂离子电池模块的结构完好，振动前后交流内阻和放电容量保持稳定。在振动过程中，电池模块放电容量降低至初始放电容量的80％左右。从振动放电容量角度看，SAEJ2380标准要求的振动等级略高于QC／T743标准。     

软碳电池储能电站低温特性研究

锂离子电池因具有优秀的倍率性能及循环寿命而得到广泛应用,但其较差的低温性能限制了它的进一步发展。而负极材料已成为影响锂离子电池低温性能的重要因素。软碳电池采用新型负极材料,其低温性能得到很大的改善。研究了电池内阻及制造工艺两方面对锂离子电池低温特性的影响,并在已有锂离子电池的基础上提出一种球型结构软碳作为负极材料,制备了锂离子电池,并用实验验证了该材料对电池低温性能的影响。实验结果证明,当温度为25和55℃时,放电深度均为100%。当温度进一步降低,放电深度有所下降,温度越低,下降越明显,但是总体下降幅度不大,在温度为-20℃时,放电深度依然能够达到80%以上。这证明软碳材料电池具有优秀的低温性能,这将扩大锂离子电池的应用范围,为某些特殊环境下的应用提供可能。     

不同环境温度下锂离子动力电池过充过放研究

针对锂离子动力电池,研究其在不同环境温度(-30、20和40℃)条件下的过充和过放试验。结果表明:在20和40℃环境温度下,过充均使电池壳体发生了膨胀,外壳鼓起,而且环境温度越高,电池过充试验越危险,即电池达到的最高温度越高,达到最高温度所需时间越短。与电池过充相比,在-30、20和40℃环境温度下,锂离子电池放电达到的最高温度相对较低,并且电池外壳基本没有变形。     

泡沫铝对电动汽车电池模块散热的研究

针对目前电动汽车电池组热管理系统存在的不足,提出了利用泡沫铝对锂离子电池组散热的创新模式。建立了电动汽车电池模块的散热模型,验证了利用泡沫铝对电动汽车电池组散热的有效性与可行性,且随着泡沫铝填充长度的增加,电池最高温度下降越多,最大温差先减小后增加。并发现孔隙率对电池的最高温度影响不明显,但孔隙率越小,最大温差越小,即电池间温度越均匀。     

基于时变流体温度的锂离子电池组传热分析

针对板式液体热管理系统,以软包装三元正极材料锂离子单体电池及电池模组为研究对象,建立单体和整包电池的传热计算模型。基于整包电池模型,分析恒定和时变流体温度对电池模组传热特性的影响。电池包中心或边缘处模组换热条件的差异,对冷却的最高温度和加热的最低温度影响甚微,对最大温差影响不明显。流体恒温的假设在传热计算时会高估系统对模组温度最值的影响;在散热计算时会低估对模组最大温差的影响。在25℃下以1 C放电,线性、指数型流体温升模型最高温度分别比恒温模型高3. 34℃和2. 54℃;在-10℃下以25℃的流体对电池进行加热,线性、指数型流体温升模型最低温度分别比恒温模型低4. 06℃和4. 36℃。     

动力锂电池组液冷散热分析及优化

为解决动力锂电池组散热问题,建立三维生热与传热模型进行数值计算。在1 C、2 C、3 C放电倍率下,计算结果与实验数据进行了对比,表明了电池仿真模型的准确性与适用性。再以3 C放电倍率为基础,进一步数值分析电池散热系统的传热及直接液冷的冷却;为提高冷却效率,将原平滑壁面改为肋条结构,数值计算结果表明,从无肋条到肋条高度为10 mm,电池单体的最高温度降低了13.1℃,降低30%;单体的最大温度降低了12.7℃,降低74.3%;电池间的最大温差降低了13.1℃,降低了72.8%,有效地提升了电池温度的均匀性,使电池组工作的温度控制在合理的范围之内。     

锂离子电池典型温度与倍率放电特性分析

以三元体系锂离子电池单体为研究对象,将温度和放电倍率作为考察因素,电池电压降和电池温升作为分析特性,通过控制变量法选取典型工况1 C放电倍率及25℃环境温度,在此基础上探究温度以及放电倍率与电池电压降和电池温升之间的关系,简要探讨了不同温度下和不同倍率下放电对锂离子电池特性的影响,论述了电池温度与放电倍率在不同区域影响的显著性,同时也指出锂电池高倍率放电的危险性。