基于CFD与智能算法的电池组散热优化设计

针对电动挖掘机电池包的形状及电池排布方式,对三种散热方案进行了CFD仿真研究,并通过神经网络获得电池单体间隙与电池组最高温度的映射关系,利用遗传算法进行寻优,获得最优电池组排布。结果表明,与其他两种散热方式相比,正交风向的通风方式可以有效降低电池组最高温度,同时可以保证电池组各电池单体温度一致性,在此基础上通过神经网络及遗传算法进行电池组间隙优化,使得电池最高温度降低5 K,电池组体积减小13%,使得其排布更加合理。     

动力锂离子电池热行为研究与风冷散热优化设计

发展新能源汽车是我国应对气候变化、缓解石油等不可再生能源枯竭的有效举措。动力锂电池作为新能源汽车的核心技术直接决定了其可靠性，安全性和续航性能。为此，建立了磷酸铁锂动力电池组(方形)的三维仿真模型，对单体电池以及动力电池组的产热行为和风冷散热特性进行仿真模拟，并对电池模块的散热结构进行优化设计。结果表明，在环境温度为20℃，风速为5 m/s，电池组顺排排布，且Y方向和X方向间距分别为32和4 mm时，风冷散热效果最好。     

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...     

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℃)。     

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。     

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...     

电动汽车动力电池箱冷却影响因素分析

针对采用通风冷却结构的电池箱冷却效果不理想的问题,提出了一种基于有限元电池模型的动力电池箱热分析方法,在此基础上,以某种结构的锂离子动力电池箱作为研究对象,对入风口风速和风道尺寸等电池箱温升影响因素进行分析。仿真结果表明,随着风速增加电池箱的温度均匀性得到了改善,当风速为5 m/s时,电池温度标准差范围在1.0～1.7之间。当风道宽度尺寸为12 mm且风速为5 m/s时,电池温升的最大值为7.3℃,电池温升的最小值为5.4℃,电池平均温度标准差为1.47,电池组工作控制在合理的温度范围内,电池组温度分布均匀性最好。     

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。     

混合动力汽车用锂电池组散热系统研究

电池包由于充放电倍率高,内阻大,电池热负荷高,温度不均匀,严重影响电池的电化学性能、循环寿命、安全性和可靠性。设计了一款用于混合动力汽车用风冷电池包散热结构,并通过STAR-CCM+软件模拟了流场与温度场,达到设计目标。在此基础上,对电池包进行热平衡台架试验。仿真结果与试验结果一致,电池包的最大温差为3℃,最高温度为26.5℃。     

电动汽车锂离子电池风冷散热结构优化设计

目前风冷散热系统得到广泛运用,但优化设计主要集中于箱体内部电池间隙大小、排列方式等,对进出口优化设计涉及较少。针对上述问题,以锂离子电池组风冷散热结构为研究对象,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值计算的研究方法,从电池组最高温度、最大单体电池温差、电池组标准差三个方面分析了多种进出口方向、位置、形状对电池组散热效果的影响规律。最后,结合正交优化方法综合考虑多种因素,优化散热结构,结果表明:在进出口面积不变情况下,采用侧向通风散热方式,对称分布式进出口位置间距减小至40 mm,且进出口形状为圆形时,散热效果最佳;进出口位置间距过小或横向贯穿距离过大,反而会使散热效率降低。     

混合动力汽车用氢镍电池组冷却系统研究

为解决某款混合动力汽车用圆柱形氢镍电池组的散热问题,设计了非直接接触液冷式冷却系统,建立了电池组温度场理论分析模型;利用计算流体力学(computational fluid dynamic,CFD)仿真软件建立电池组有限元分析模型,通过仿真和实验相结合的手段获得了电池组的温度场分布。结果表明,电池组在50℃高温环境,平均充放电功率为6 kW时,该冷却系统能够使其最高温度低于45℃,并有效控制各单体电池之间温差在5℃以内,满足电池组的散热要求,防止发生热失控。     

储能锂离子电池包强制风冷系统热仿真分析与优化

基于电化学-热耦合模型借助ANSYS Fluent平台对储能系统中的锂离子电池包进行仿真分析与结构优化。首先建立电池的热仿真模型,基于该模型利用ANSYSFluent仿真软件得到电池单体温度分布,并通过与实验测量的结果对比验证所建立的仿真模型的准确性。接着进行了电池包风冷系统的仿真分析,完成了对电池包温度分布和风道流速分布的求解。最后通过改变出风孔数量和风扇挡板形状改善了冷却系统的冷却效果。研究结果表明,基于电化学-热耦合模型对储能电池包的温度与内部流速分布的分析是可行的,对强制风冷系统的结构优化能够大幅度提高系统的散热性能,实现更低的最高温度与更均匀的温度分布。     

混合动力汽车动力电池主动热管理系统设计

针对以电池表面温度作为控制目标的常规热管理系统,存在散热滞后、电池内部温升过快以及在较高温升时输出功率受到限制的问题,设计了基于电池内部温度预测的主动散热式热管理系统。系统以测试的电池表面温度、电池材料参数和电池发热量作为输入量,预测电池内部的最高温度及其传热过程,对风机进行预控制,实现电池包温度的平稳控制。实验表明了系统能保证电池工作时温度变化平缓,处在最优温度范围内,避免了电池内部的累积生热量导致的电池温度急剧上升的问题,为混合动力汽车的电池热管理系统设计提供了参考。     

流道布置对方形锂电池组温度场的影响

锂电池被广泛应用于新能源电动汽车,但其使用性能受温度影响较大。提出一种液冷式锂电池组散热结构,并用Fluent分析了液冷流道数量、流道间距、流道进出口排布方式对电池组在3C放电倍率下温度场的影响。结果表明随着液冷流道数量的增加,电池组的最高温度和温差均显著下降,且合适的流道间距能有效改善电池组的散热情况,此外,合理布置流道的进出口可以明显降低电池组温差。     

泡沫铝/石蜡PCM对锂电池组峰值温度的影响

泡沫铝/石蜡由于兼具较高相变潜热以及导热率,被认为是一种很有发展前景的散热材料。建立了电动汽车锂离子电池的三维热仿真模型,在仿真研究的基础上对电池组散热系统的电池排布与泡沫铝孔隙率进行了有交互作用的正交实验。用极差分析法和方差分析法得出这些参数及相应交互作用对电池组峰值温度的影响,确定了电池组散热系统的最优参数,仿真后的结果表明优化后的电池组散热性能良好。     

18650动力电池组不同布置形式的热特性影响研究

针对不同布置方式的动力电池组,以圆柱锂离子电池为研究对象,建立了18650电池热力学模型,并进行了1 C和3 C下的放电实验,实验测得的截止电压和表面平均温度随放电容量的变化曲线与仿真结果基本吻合,模型准确。基于该模型,分析了电池间距大小不同、分布方式分别为对齐排列和交叉排列的电池组的电池热特性。结果表明,间距较大时,散热越好,电池平均温度越低,温差越小;间距相同时,交叉方案的散热优于对齐方案。这为动力电池组的布置和优化设计提供了重要参考。     

空间氢镍电池的热设计研究

为进一步改善空间用氢镍电池的热设计,降低电池组的轴向温差,对电池壳体以及卡套的结构进行了设计改进,同时引入新的结构件材料(镁合金)来提高电池组散热能力;对改进后的电池组件进行了热学仿真分析、经验公式的定性分析、低真空温差试验和电池组热真空试验验证,验证结果表明,电池组轴向温差与改进前相比降低了39％,电池组的热设计得到了大幅度改善.     

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。     

锂离子电池组风冷散热仿真与优化

建立锂离子电池组的强制风冷散热结构初始几何模型,并进行CFD仿真条件和参数设置。利用FLUENT对该模型进行2 C放电倍率下的空气流场和温度场仿真分析。为了验证仿真结果的准确可靠性和评价仿真模型的合理性,搭建了锂离子电池组的温度测试实验平台进行验证。结果表明,仿真模型与实验模型的温度变化趋势较吻合,说明CFD仿真模型较合理有效,仿真结果较可信。在此基础上,通过对进风角度、出风角度和电池间距三个结构影响因素进行单因素分析,得到优化模型,与初始模型相比,其电池组最高温度和温差分别降低了1.859和0.363 K。     

锂离子电池组均衡电路设计与仿真

在储能电站和纯电动汽车等应用场景中,电池单体以串并联的方式集成在电池包内部,电池组在使用的时候会产生相互间不一致的现象,这种不一致会影响电池寿命与续航里程。为此,设计了电池模块内部与模块之间的均衡拓扑电路,并对所设计电路均衡原理进行分析;在Simulink/Simpowersystem系统中搭建了能量转移模型及模块内均衡模型,对均衡拓扑结构进行了仿真。结果表明,所设计的均衡系统能够实现电池能量均衡。