新型蜂巢式液冷动力电池模块传热特性研究

为了维持动力电池的性能、延长其使用寿命,应使电池模块工作过程中的温度和温差维持在适宜的范围之内。为此,提出一种新型蜂巢式液冷动力电池模块,该结构内部设有进/出口导流板且电池呈蜂巢式分布,冷却液体与电池呈360°间接接触,极大强化了换热效果。在单体电池热特性数值模拟与试验验证的基础上,通过计算流体力学平台建立新型蜂巢式液冷电池模块模型,研究了电池模块的热行为,分析了冷却液流量、冷却液温度对电池模块传热性能的影响。结果表明:(1)增加冷却液流量可显著降低电池模块最高温度,改善温度均匀性,当冷却液流量增加到1.5 L/min之后,电池模块最高温度及最大温差趋于稳定;(2)冷却液温度的降低可显著降低电池模块中最高温度,但在一定程度上恶化了模块中的温度均匀性;(3)冷却液流量和温度对电池模块的加热特性影响显著。因此,采用液冷方式是必要的。     

圆柱形锂离子电池模组微通道液冷热模型

针对电动汽车电堆的热管理系统,建立了包含71节18650型锂离子电池的电池模组的微通道液冷热模型。该模型集总处理单电池热过程、电池生热基于实测结果,模型还特别考虑了电池间导热。基于该模型,模拟研究了放电倍率、冷却液入口流速、电池间接触面积以及电池与水冷管外壁接触面积对电池模组热行为的影响。模拟结果证实了该微通道液冷方案对动力电池模组热管理的有效性,并且发现:放电倍率的增加会使电池模组内单电池温度增加、模组内温度一致性变差;增大冷却液流量可以显著降低电池模组的温度,并改善其温度一致性;增大电池间接触面积可略微提升电池模组温度一致性,但对控制其最高温度作用有限;增大电池与液冷管外壁接触面积可显著降低电池模组内电池的最高温度,但会使其温度一致性变差。     

圆柱形锂离子电池模组微通道液冷热模型

针对电动汽车电堆的热管理系统，建立了包含71节18650型锂离子电池的电池模组的微通道液冷热模型。该模型集总处理单电池热过程、电池生热基于实测结果，模型还特别考虑了电池间导热。基于该模型，模拟研究了放电倍率、冷却液入口流速、电池间接触面积以及电池与水冷管外壁接触面积对电池模组热行为的影响。模拟结果证实了该微通道液冷方案对动力电池模组热管理的有效性，并且发现：放电倍率的增加会使电池模组内单电池温度增加、模组内温度一致性变差；增大冷却液流量可以显著降低电池模组的温度，并改善其温度一致性；增大电池间接触面积可略微提升电池模组温度一致性，但对控制其最高温度作用有限；增大电池与液冷管外壁接触面积可显著降低电池模组内电池的最高温度，但会使其温度一致性变差。     

电动车电池组液冷散热性能影响因素分析

采用CFD求解器对电动车锂离子电池组的液冷散热模型进行了模拟计算。分析了液冷散热结构中冷板结构、冷却液流速及冷却液的选择对散热效果的影响。结果表明:螺旋形通道的冷板结构可使冷板温度较均匀,但管内速度流线不稳定;50%乙二醇溶液作为冷却液散热效果与水接近,又具有防冻作用;冷却液的流速越大,电池组最高温度越低,温差越大。     

电动汽车电池冷却器冷却液侧传热与流动性能仿真

针对双回路液冷电池热管理系统关键部件电池冷却器进行仿真研究，将提取出的冷却液侧流道作为研究对象，分析换热器中波纹板结构、冷却液质量流量与入口温度对于流道内流动及换热的影响。研究发现，波纹及上下板间的触点结构会在流道中产生的二次流，在低Reynolds数（Re=739）下即可达到湍流，增强了换热效果。拟合了板片Nusselt数与Reynolds数的关系式，发现板片的平均传热系数随着质量流量的提高而增加，增幅可达374%，但功耗也随之迅速增加，因而，需要合理选择质量流量以平衡传热与功耗。冷却液入口温度主要通过热物性影响传热系数及压降，但整体影响幅度较小，因而在实际使用中可不考虑季节与运行因素对电池冷却器性能的影响。     

基于液冷散热的注水井充电电池组热管理系统设计与研究

设计一种注水井充电电池组液冷散热管理系统,由制冷回路和乙二醇冷却液循环回路组成并配备的多个锂电池单元的电池模块的技术。电池组按照一个电池模块由多个电池单元构成方式配置,电池组的各个电池模块和各个单元能均匀冷却。介绍了由偏心发电机组和永磁涡轮发电机组构成的注水井供电系统、液冷散热系统,测试了不同温度工况环境下充放电特性曲线。     

翅片式锂电池热管理系统散热性能的实验研究

锂电池在使用时会持续产热,作为电动汽车电源使用时若不采取有效的热管理措施,可能导致其温度过高、电池单体间温差过大,从而影响其性能和寿命.目前电池热管理系统多采用强制风冷、循环液冷、相变冷却、热管冷却等方法,结构复杂且成本较高.本文采用纯铜翅片式电池热管理系统并进行了实验研究,通过改变放电倍率和翅片厚度,研究了电池组在不同工况下的热特性.结果表明:自然对流条件下,加装翅片可显著抑制电池组温度过高,并可改善电池组温度分布的均匀性;增加翅片厚度可满足高放电倍率和深度放电时的温度要求.     

液冷-相变材料复合电池散热系统的协同性

为充分发挥液冷-相变材料复合电池散热系统中主被动散热的优势，建立复合散热系统仿真模型，提出了复合系统中不同散热模块间的协同性思想，并基于此思想探究系统中复合相变材料(composite phase change material,CPCM)填充量、液冷启动时间和冷却液流速的最佳值。结果表明，CPCM填充量、液冷启动时间和冷却液流速之间的协同，对复合系统能否充分发挥各模块的主被动散热优势存在重要影响。电池间距达到2mm时，CPCM的填充量即可满足电池在低倍率下的散热要求；在CPCM液相分数为0.9时开启液冷模块，可以显著提高CPCM模块利用率；冷却液流速大于0.03m/s可抑制电池温升，流速大于0.2m/s时可回收CPCM潜热，根据汽车不同需求选择相应速度，可达到降低能耗的目的。本文提出的协同性思想可以为复合散热系统的研究提供一种新思路。     

热管强化动力电池散热技术研究进展

动力电池是新能源汽车的重要组成部分,散热系统设计决定其安全性及使用寿命,如何强化动力电池充放电过程快速均匀散热成为研究热点。文中从优化热管设计和改善传统散热方式角度,归纳了热管与风冷、液冷和相变材料冷却耦合3种系统强化动力电池散热过程的发展脉络,对比了耦合系统在电池热管理中的应用研究现状。热管/风冷系统结构简单、设计难度低;热管/液冷系统降温性能更优;热管/相变材料冷却系统不仅具有较好的降温性能,且表现出良好的热均匀性,该系统辅加风冷或液冷能够进一步提升降温性能。文章对热管强化动力电池技术规模化应用具有参考价值。     

退役LiFePO4动力电池模块电热特性

为提高电动汽车退役动力电池在其全寿命周期内的利用价值，降低电池的使用成本，缓解环境污染，退役电池梯次利用具有十分重要的意义。考虑电动汽车退役磷酸铁锂（LiFePO₄）电池模组应用于电网储能场景，实验研究了退役电池模块的容量，充放电性能以及温度特性，同时为了最大限度地保证退役电池模块在充放电过程中的一致性，采用主动均衡，并对有/无均衡电池模组的放电电量、电压和温度进行对比研究。结果表明，将电池模块控制在一定的荷电状态（SOC）范围内进行充放电，可以提高电池模组整体的电热性能，延长退役电池模组的寿命，有效防止电池模块过充、过放以及热失控的发生。     

Study the heat dissipation performance of lithium-ion battery liquid cooling system based on flat heat pipe

This paper improves the thermal management system of lithium-ion battery through the high thermal conductivity flat heat pipe, and attempts to improve its performance. The adoption of flat heat pipes reduces the problem of poor heat dissipation in the direction of the coolant flow when the liquid cooling plate is used alone, and increases the heat conduction in the longitudinal direction of the battery. A three-dimensional simulation model is established to study the influence of the number and width of flat heat pipes on the maximum temperature rise and temperature difference of lithium-ion batteries at a certain discharge rate. It is found that after adding flat heat pipes, the maximum temperature rise and temperature difference of the battery decreased. The heat dissipation performance reaches the best when the flat heat pipe number is 11 and the maximum temperature difference can be controlled below 5°C at 3 C discharge rate with 11 flat heat pipes.     

基于正交层次法的锂离子电池热管散热模组数值模拟分析

设计了锂离子电池热管-铝板嵌合式散热模组,增大热管与电池接触面积,强化换热。利用数值模拟和正交试验层次分析研究了影响模组散热性能各因素的具体影响权重,进行参数优选。结果表明：各试验方案下电池模组的温差均控制在3℃以内,均温性能优异;各因素对最高温度的影响程度依次为：热管冷凝段对流传热系数>热管冷凝段长度>铝板厚度>热管间距;结合层次分析确定最佳参数组合为热管冷凝段对流传热系数25 W·m^-2·K^-1、热管长度117 mm、铝板厚度2 mm、热管间距20 mm,该方案下电池以2C倍率放电至20%模组的最高温度为41.60℃,温差为1.35℃,满足散热要求。     

动力电池热管冷却效果实验

基于对动力电池在大负荷运行模式下的产热行为分析,组装了一种采用热管式冷却的电池热管理系统。在空气自然对流、强制对流和热管冷却3种模式下,研究了电池模块中各电池在放电过程的温度变化趋势。结果表明,镍氢MH-Ni动力电池采用热管式冷却方式具有良好的冷却效果,可确保电池在最佳的工作温度范围内运行,并且具有拉平电池温度的能力。与自然冷却及强制对流冷却相比,在3728 mA电流放电情况下,热管冷却方式使电池温升最多可以降低10 ℃左右;持续放电8 min后电池温度也不超过43℃。     

基于相变储热技术的电池热管理系统研究进展

动力电池的最佳工作温度范围为20~50℃,因此热管理系统是其运行过程中不可分割的一部分。相变储热材料在发生相变时可以吸收或释放大量的热量并且温度基本保持不变,在电池热管理中得到广泛应用。本文综述了国内外基于相变储热技术的电池热管理系统的研究进展,主要介绍了基于相变材料的被动式热管理系统、主动式热管理系统以及主动式和被动相结合的耦合式热管理系统。综合来看,复合相变材料形状稳定性好、热导率高,可以有效地降低电池组的温度,提高电池组的温度均匀性。导电复合相变材料的电热转换特性还可用于低温下快速加热电池,实现加热-冷却一体化。然而在相变材料被动式热管理系统中,相变材料吸收的热量无法及时释放出去,热量的堆积会造成系统失效。将主动散热技术与相变材料耦合得到的耦合式热管理系统具有更好的控温性能、稳定性和安全性。此外,相变乳液以及相变微胶囊浆液具有比热容大、可相变等优点,替代水作为电池热管理系统的冷却介质可以获得更好的温度均匀性和更低的功耗。但相变乳液本身的稳定性差、过冷度大等问题亟需解决。总之,电池在高温和低温下都需要进行有效地温控,相变材料如何解决电池全温度段的热管理还值得进一步研究。     

软包装电池成组热结构设计

由于软包装电池外包装采用多层塑料复合薄膜,没有外部形状支撑,在高倍率使用条件下,电池会产生大量热量,同时由于副反应不可避免产生气体,出现体积涨缩及其他形变,导致性能和循环寿命下降。针对软包装电池特点,设计散热片,实现对电池散热及固定加紧的双重作用,成组热设计采用散热片与空气冷却相结合的形式。根据计算流体动力学原理,对电池箱进行模拟仿真计算,结果显示电池组最高温升为5 ℃,温度场最大温差2 ℃。     

新能源汽车锂离子电池模组的一致性影响分析

锂离子电池作为纯电动和混合动力汽车的动力存储和供给系统,其安全性、可靠性和稳定性严重地制约了电动汽车的发展。此外,锂离子电池的性能对温度非常敏感,温度过高和不一致都会导致电池性能的急剧下降。本文通过制备石蜡/膨胀石墨/低密度聚乙烯相变复合材料用作电池模组的散热组件,实验测试电池模组在有无相变材料条件下的散热能力。通过数据采集器在线实时采集电池的温度、电压和内阻等状态参数,定性地对比分析各参数的一致性变化趋势。研究结果表明,PA/EG/LDPE复合相变材料具有优越的控温能力以及均温能力,最大温度和最大温度差分别控制在55℃和5℃以内。     

基于微小槽道的冷媒直冷电池热管理系统性能研究与优化

本工作以基于微小槽道换热器的小型蒸气压缩系统为研究对象,对冷媒直冷电池热管理系统进行研究。确定了系统最佳冷媒充注量,总结了不同参数对系统热管理性能的影响规律,最后根据模型分析提出降低排气温度的改进方案。基于能效比(COP)最高的指标,确定系统冷媒最佳充注量为250 g。在固定加热功率条件下,随膨胀阀开度(OEV)的增加,微小槽道内的换热系数持续升高,而电池温度出现先降低后升高的趋势,因此存在最佳OEV使得电池温度最低;随电池模组加热功率增加,最佳OEV对应的蒸发器出口干度逐渐降低,虽然微小槽道换热系数有所升高,但是更快的加热功率增大速率使得电池温度升高;环境温度的升高对系统热管理性能产生不利影响,但是在35℃的高温环境下,电池温度依然能够被冷却至环境温度以下。基于AMEsim模型分析表明,增加冷凝器换热面积的方案,能够有效降低排气温度。