电池排布方式对21700锂电池相变热管理系统的影响

以21700锂离子电池组为研究对象,对不同排布方式下的锂电池分别控制电池间距、对流换热系数和相变材料(PCM)导热率,并对其进行有限元仿真。研究了电池间距、对流换热系数和PCM导热率对相变电池热管理系统(BTMS)下不同排布方式(长方形、四边形、六边形)的电池组温度场的影响。结果表明：当电池间距为4 mm和6 mm时,3者具有近似的最高温度,而当电池间距为2 mm和1 mm时,长方形排布的电池组最高温度最大,在2 mm时长方形排布的电池组最大温升分别为四边形排布下和六边形排布下的电池组的105.86%和108.25%,而3者的温差均随间距增大,总体呈现出变小的趋势;在不同的对流换热系数下,长方形排布的电池组最高温度总是最大而四边形最小,随着对流换热系数的增大,3者温差呈现出变大的趋势;随着PCM导热系数的增大,3者的最高温度均不断下降且下降速率越来越小,在5种不同PCM导热系数下,长方形排布的电池组最大温升平均是四边形排布和六边形排布电池组的105.31%和106.02%,3者的潜热储热阶段的温差均有减小,显热阶段对长方形和六边形的温差没有影响,四边形的温差却不断增大。综合考虑最高温度...     

基于相变材料—泡沫铜—翅片复合结构的锂离子电池热特性研究

通过在相变材料(PCM)中添加高孔隙率的泡沫金属与翅片形成复合结构,对18650仿形电池进行热特性实验研究.实验发现,纯石蜡传热根据电池温升分3个阶段,并通过可视化装置对相变关键点进行验证.添加泡沫金属可提高系统整体热导率,但会抑制液体石蜡的对流换热,导致温度平台消失.泡沫铜—翅片复合结构增强了电池与PCM之间的换热,且在高功率下系统表现出更好的热特性.此外,建立单温度模型进行数值验证,仿真结果与实验数据基本符合.     

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。     

基于石蜡-翅片复合结构的电池热特性

研究电池发热功率和环境温度对翅片复合相变材料(PCM)的电池热特性的影响.模拟电池布置在熔化温度为42℃的PCM中,外设径向分布的翅片增加换热面积.试验发现,在纯石蜡系统的升温相变过程中,电池温度形成温度平台,平台温度高于PCM的相变温度,并随加热功率的增加而升高.归一化处理显示,不同发热功率下模拟电池的温度变化趋势基本一致.环境温度的降低对电池温度平台影响很小,但会延迟相变发生的时间.增加翅片将增强电池与PCM的换热,保持翅片体积分数(φ)为3%时,翅片数为2、4、8时可降低温升12.4%、19.6%和25.6%.     

圆柱电池模组的热电制冷与温控性能分析

基于帕尔贴效应提出一种通过热电装置（Thermoelectric Device,TED）实时控制电池温度的方法.该方法集TED的制冷与加热功能于一体，控温效果良好，可以满足电池模组热管理需求.电池模组由3×5排列的圆柱电池组成，填充泡沫金属复合相变材料，热电装置布置在电池模组外壳正对大面处.与液冷试验相比，热电制冷可以在1～5 W单电池产热功率下显著降低电池模组的温度，将模组温差控制在5℃内.温控试验进一步表明，采用温控器实时控制的TED可以有效稳定模组温度，将温度波动控制在2～3℃.此外，建立一维热阻网络，基于稳态理论对TED热性能分析.结果表明，在制冷工况下，TED的冷端温度随其电流的增大呈先减后增的趋势，热端温度与TED电流成正比.     

石蜡/石墨烯相变材料在多管换热器中的储热性能

采用数值计算方法对填充在多内管换热器中的石墨烯/石蜡复合相变材料的熔化凝固性能进行了深入研究,分析了换热内管数目不同,当换热内管中分别通入一定温度的热水或凉水时,换热器内的相变材料(PCM)在熔化或凝固过程中的温度和液相率(液相体积分数)随时间的变化关系.结果表明:熔化时PCM与换热管之间以自然对流换热为主,凝固时,由...     

圆柱形壳管式相变蓄热单元的释热特性

为了推广太阳能季节相变蓄热热泵供暖系统在寒冷地区的应用,提出了适合该系统的圆柱形壳管式相变材料(Phase Change Material,PCM)贮热单元的结构形式;基于焓法建立了贮热单元的数学模型,并通过数值模拟研究了以CaCl2.6H2O为相变材料的相变蓄热单元的的释热特性及其随换热流体温度和流速的变化规律.研究结果表明:PCM在显热释热阶段温度变化快且释热持续时间短,而在相变潜热释热阶段,PCM温度变化慢且持续时间长;换热流体入口温度越高,释热速度慢且释热量越小.换热流体的流速越大则释热速度越快,流速越小则释热速度越慢.换热流体入口温度与流速是影响圆柱形壳管式相变贮热单元释热特性的重要因素.     

基于微小通道波形扁管的圆柱电池液冷模组散热特性

针对圆柱动力电池的散热特点,建立一种基于微小通道波形扁管的液冷电池模组. 采用电化学热模型对该模组的散热特性进行三维瞬态分析,通过改变波形扁管的通道数和接触角对液冷结构进行优化. 10通道的波形扁管散热优势明显,增大波形扁管的接触角可以提升液冷结构的散热效率并改善电池组温度分布均匀性. 当电池模组在35 °C环境下以1 C倍率放电时,即使质量流量低至4×10^?3 kg/s,使用接触角大于40°的10通道波形扁管可将电池组表面最高温度控制在40 °C以下,同时将温差控制在5 °C以内. 在优化工况下进行实验以验证该电池模组的换热性能. 仿真结果与实验值基本一致,这验证了微小通道波形扁管的散热有效性;仿真结果可为圆柱动力电池的热管理提供参考.     

相变木塑围护结构热工性能实验与数值模拟

为对相变木塑围护结构的热工性能进行研究, 以相变木塑复合构件为基础制成缩尺实验箱, 对箱内温度实时监测, 采用辐射蓄热、对流放热的方式对相变木塑复合构件的热工性能进行了测试, 得出:相变木塑墙体比普通木塑墙体有更理想的室温调节能力, 光照的不足对墙体蓄、放热能力影响很大, 相变木塑墙体在阴天光照条件下相比于晴天温控能力大大降低.为对相变木塑围护结构的热工性能进行改善, 建立相变传热物理模型及数学模型, 利用MATLAB软件进行室内温度、相变内墙与室内空气对流换热量、相变内墙表面温度的数值模拟, 得出:提高材料导热系数及增大墙体对流换热强度均能改善相变木塑墙体的热工特性, 随着导热系数的增加, 夜间室内平均温度由15.2℃升至15.7℃, 同时对流换热量和内墙温度增加, 但增加幅度十分有限, 随着对流换热强度的增加, 夜间室内平均温度由15.2℃升至16.3℃, 同时夜间相变墙体表面对流换热量显著增加, 增加幅度明显, 所以提高对流换热强度更具热工性能的改善潜力.     

圆柱形锂离子电池及模组风冷温度场数值模拟

为了对锂离子电池更好地进行热管理,对锂离子电池进行风冷温度场数值模拟分析。根据进、出风口位置及方向设计18组电池模组结构,利用CFD软件对18650型单体锂离子电池和电池模组进行不同条件下温度场散热效果分析。结果表明,单体锂离子电池试验和模拟数值变化趋势一致,且相对误差不超过5%;相同模拟工况下,单层电池模组进、出风口同侧布置优于异侧布置,进、出风口横向布置优于竖向布置,双层电池模组进、出风口同侧布置优于异侧布置,进、出风口竖向布置优于横向布置,得出D1为最优模型;D1风道间距为4 mm时,最高温度、平均温度、最大温差和一致性系数分别为305.30,304.29,2.20 K和0.72%,电池模组温度场散热效果及均匀性最佳;当进口风速从0.5 m/s增大到5 m/s时,各项温度指标分别下降12.53,11.36,3.21 K和1%,当进口风速超过3 m/s时,温度场各项温度指标下降缓慢,温度场散热效果不明显。锂离子电池及模组风冷温度场数值模拟对其在实际应用中具有重要参考价值,可为电池热管理系统提供指导依据。     

导热硅胶/相变材料复合组件在电池热管理中的应用

一种低温导热硅胶/相变材料复合组件在电池模组中的使用,有效地解决了相变材料由于液化而发生的析出问题,同时保持相变材料高导热与高潜热值.由于导热硅胶片具有一定的弹性与黏性,使得整个系统具有一定缓冲作用,减少了相变材料与电池之间的接触热阻,进一步提高了整个系统的散热性能.在3C放电倍率下,相比自然冷却方式的66.63 ℃,...     

蓄能型太阳能热泵系统中复合材料蓄热过程研究

设计了一种分季节蓄能型太阳能热泵热水系统,集太阳能集热容器、相变储能容器、热管于一体,利用Fluent软件对蓄能型太阳能集热器开展了数值模拟,使用Solidification/Melting和VOF模型模拟癸酸/62#石蜡复合相变材料蓄热过程,并采用Boussinesq近似法考虑了自然对流的影响. 结果表明,在集热器内只充灌单一相变材料不能满足不同季节蓄能型热泵系统的供热水需求. 由癸酸和62#石蜡组成的复合相变材料在蓄能过程中出现了两个相变温度,分别在32.66 ℃和59.45 ℃,可以满足本系统不同季节的蓄热需求. 蓄热过程中,由于癸酸和62#石蜡本身密度差以及浮升力的影响,真空管纵向截面出现了温度分层现象. 结果可为复合相变储能材料的推广应用提供可靠的理论依据.     

平板微热管阵列相变蓄热装置蓄/放热性能

为提高相变蓄热装置的性能,基于平板热管技术设计了一套相变蓄热装置,将熔点58益的工业石蜡作为该蓄热装置的蓄热材料,对平板微热管阵列在蓄/放热过程的均温性能、蓄热装置内部石蜡温度变化以及蓄热装置的蓄/放热效率进行实验分析,同时对不同供/取热流体温度和流量的实验条件下蓄热装置蓄/放热特性进行研究.结果表明：平板微热管阵列在蓄/放热过程中性能稳定,蓄热装置蓄/放热效果良好;在供/取热流体流量为2.0 L/min,供热流体温度为80益,取热流体温度为20益的实验条件下,计算得到该蓄热装置平均蓄热功率、放热功率分别为662、764 W.     

液冷系统中均热板气液相变的热质传输模拟

为提高电池热管理液冷系统的均温性,研究一种铝槽式均热板和直流式液冷板相结合的复合液冷系统,并建立相应的三维传热模型。采用Volume-of-fluid(VOF)多相流模型,模拟均热板槽道内丙酮工质的气液相变过程,以及与液冷流道的耦合传热过程,并将模拟结果与实验结果进行了对比,验证了模型的正确性。研究结果显示,均热板可以提高液冷系统散热过程中的均温性,加热表面的温差可以控制在2.72 K以内。通过机理分析发现,其原因与均热板内部气液工质的热质传输过程有关。在液冷系统冷却液沿程温升的影响下,均热板腔室中的丙酮气相工质在长度方向上存在定向输运现象,相变产生的蒸汽会携带热量从高温区往低温区流动,从而抑制液冷板低温冷却水对加热表面温度分布的影响,提高了均温性能。     

泡沫铜/石蜡复合相变材料融化过程的换热特性

为了研究强化相变蓄热器的换热情况,搭建了矩形腔体内填充泡沫金属/石蜡的实验台,在恒壁温条件下,进行了泡沫金属/石蜡复合相变材料的融化蓄热实验。根据实验数据绘制了不同加热温度下石蜡内部温度随时间变化曲线,分析了腔体内自然对流对温度分布的影响、传热温差对蓄热时间的影响。结果表明,泡沫金属的高导热性能强化了石蜡在腔体内的融化过程,距离加热面较近的石蜡融化后产生的自然对流加速了剩余固态石蜡的融化;而且传热温差越大,自然对流越明显,蓄热时间越短。     

电动汽车电池热管理系统设计与分析

针对高功率、高比能的动力电池散热问题,提出结构紧凑、换热高效的制冷剂直接热传输的电池热管理系统（简称直冷式系统）. 以整车系统为背景,利用AMESim搭建空调制冷与电池热管理的耦合模型,从系统的温度响应和能耗角度,分析电池组及电池单体平均温降、温均、系统COP以及?效率. 结果表明,直冷式系统具有较快的温度响应特性,在高温高速的稳态和动态工况下都可以对电池进行快速降温,实现了较好的温均性. 在针对某一稳定工况进行能耗分析时,得出COP为4.19的较高的系统能效比,但系统的?效率为46.17%,存在进一步提升系统?效率的空间.     

车用动力锂离子电池热模块与热设计的研发状况与展望

为解决锂离子动力电池（简称电池）散热问题,开发了适用于圆柱状电池的新型蜂巢式液体冷却模块.基于ANSYS FLUENT平台建立其三维热模型,对电池模块散热结构进行传热特性仿真分析,并利用试验平台进行模型验证;在此基础上,提出增设导流板的液体散热改进结构,并定量分析了电池模块在不同冷却液温度、流速条件下的三维温度分布情况.仿真与试验结果表明所建电池模块三维热模型的正确性以及散热结构的合理性;冷却液温度及流速对电池模块的温度及其分布影响显著,应加以合理的控制.

     

制备工艺对SA/ATTP复合储热材料结构和性能的影响

以硬脂酸为相变材料,以甘肃临泽工业级凹凸棒石为载体,采用热熔法和溶液浸渍法制备了2种硬脂酸/凹凸棒石复合相变储热材料,采用FTIR、XRD、DSC和SEM等手段进行了结构表征和性能测试。结构分析结果表明制备方法对材料的结构和形貌不会产生影响,2种材料具有相似的形貌和结构,SA分别以38.64%和29.13%的比例以物理作用吸附于ATTP表面。性能分析结果表明热熔法和浸渍法制备的复合储热材料其相变温度峰值分别为57.3℃和55.2℃,相变潜热分别为68.71J/g和51.79J/g,均具有较好的储热能力和化学稳定性,且储热能力和SA在ATTP表面的吸附率成正比,但热循环实验表明浸渍法制备的复合材料的热稳定性较差。结合储热性能、储热稳定性和化学稳定性的研究,证明熔融法更适合于制备建筑智能调温和建筑节能相变复合材料。