锂电池组液冷结构设计及散热影响因素分析

针对锂动力电池在放电过程中的散热问题,建立基于某三元锂电池模组的生热模型,仿真分析并试验探究了电池模组在不同放电倍率下的发热情况。在验证模组生热模型正确的前提下,结合模组发热具体情况,设计U型液冷管道并建立电池模组的液冷模型,比较了不同参数的冷却液介质和不同温度的冷却液对锂电池组冷却性能的影响。研究表明:设计的U型管道能够满足电池组冷却散热需求,导热系数大且温度较低的冷却介质散热效果更好。     

电池包热管理系统的三种温控技术

<正>一、概述电池包(PACK)内的温度环境对电芯的可靠性、寿命及性能都有很大的影响,因此,使电池包内维持一定的温度范围区间就显得尤其重要,冷却与加热是常用的形式,下面将对风冷、液冷、直冷三种冷却方式进行简单介绍。二、风冷风冷是以低温空气为介质,利用热的对流,降低电池温度的一种散热方式,分     

汇流排产热影响下的电池模组冷却系统改进设计

本文利用Bernardi生热速率方程，通过仿真和实验验证建立了可靠的电芯生热模型，仿真和实验误差在2%以内。在此基础上建立汇流排产热影响下的模组生热模型，针对原冷却系统对模组顶部区域和汇流排上冷却效果不足等进行改进设计，在冷却板布置方式上提出将冷却板布置在模组侧面，再通过仿真分析选取合适的冷却板厚度、冷却液体积浓度和冷却液入口流速，最终设计的冷却系统模组汇流排体平均温升降低了15.56%，电芯体平均温升降低了11.48%，模组顶部表面平均温升降低了20.34%，同时模组电芯上的温度分布也更加均匀。     

一种高倍率充电液冷模组开发与设计

针对于纯电动力电池系统商用客车设计一种基于方形锂离子电池的电池液冷系统。通过对比模组底部冷却和侧面冷却模拟结果,说明大容量高倍率充放电模组实行侧面液冷的必要性。并针对于侧面液冷方案,设计了一款标准化液冷模组。侧面液冷模组综合考虑了电芯热膨胀,以及导致冷却效果不佳的冷板与电芯侧面接触等因素。     

超级电容模组散热结构改进的研究

采用FLUENT软件模拟超级电容模组在自然散热和强制风冷两种模式下的温升,结果显示只有强制风冷才能有效抑制模组温升。建立在模组上下盖板表面增加翅片的新型模型,表明在相同的温升下,新型模组的工作电流是无翅片模组的1.4倍,而所需的风量是后者的50%。     

锂离子动力电池系统热失控扩展特性试验研究

锂离子动力电池系统热失控扩展是造成电动汽车火灾事故的主要原因之一,文章以由圆柱形锂离子电池构成的动力电池系统为试验对象,采用加热触发单个电芯热失控的方式,通过采集电芯和模组的电压、温度等特征参数,对电芯热失控及在模组和系统范围内热扩展特性进行分析与研究。试验结果表明,电芯热失控诱发热扩展过程较为短暂,约5 s引发第二节电芯热失控;热失控发生前,触发电芯的负极采样温度高于正极,且负极温变速率平稳;热失控发生后,受正极喷射火焰影响,与之直接串接模组存在更高风险,在热扩展中受影响最大。     

HEV电池模组堆垛过程中电芯极柱高度差影响因素研究

电池包内模组通常由数个电芯成组而成,而模组集成装配的重要工艺之一就是电芯的堆垛,由于电芯本身的尺寸公差及工艺过程中引入公差,电芯堆垛成组后各个电芯的极柱、底面不可避免产生高度差,其形成的面的平面度偏差会影响到模组其他零件的装配,其中最重要的就是连接片与电芯极柱的激光焊接质量。文章主要探讨如何保证模组最终的焊接质量,从电芯尺寸公差、电芯堆垛工艺参数、焊接工艺参数、实际焊接需求等方面对提升焊接质量的因素进行分析。结果表明,电芯自身的尺寸公差与电芯堆垛的工艺设计对最终的堆垛结果均有一定程度的影响。研究结果对后续HEV及更多类型模组的堆垛设计提供了指导。     

为发动机加装强制风冷

国产骑式两轮摩托车和三轮摩托车大多采用风冷式发动机,也就是自然风冷式。它利用摩托车在行驶过程中迎面吹来的风直接对气缸盖(气缸头)、缸体等部位进行冷却。由于它没有专门的冷却系统,所以构造简单成本低。但在国外,250ml级以上的风冷型摩托车发动机目前基本上已不再生产了。风冷型发动机在设计制造上就考虑到它的散热冷却问题,因此发动机的箱体、缸盖、缸体等部件分别由具有良好导热性能的铝合金、镁合金等材料制造,并设置了大型散热片以     

水冷发动机关键技术分析

摩托车水冷发动机与风冷发动机的结构区别主要在于冷却系统。风冷发动机的冷却方式为:与摩托车对流的空气吹拂发动机上为扩大散热面积而与气缸头、气缸体设置一体的散热片,由散热片将发动机燃烧产生的热量带到空气中,实现热交换。这种冷却方式结构简单可靠,但受发动机结构和工艺限制,不能满足各工况条件下的热负荷需求。相反,水冷发动机由冷却液循环带走发动机燃烧产生的热量,可根据需要对发动机各个部位进行冷却,合理分布发动机热负荷。相对风冷发动机而言,水冷发动机具有使用寿命长、功率大、燃油消耗低、排放低、噪声小等优点。水冷发动机在气缸体、气缸头中设计有循环水道,冷却时利用水泵将冷却液从散热器的出水口吸入并加     

标准模组模态法简化建模研究

电池结构从电芯内部正负极及隔膜厚度的微米量级,到模组的毫米量级,再到电池系统和整车的米量级,结构尺寸跨度大;因此在电动汽车整车及电池系统有限元分析中,对电芯或模组的简化非常必要。在某标准模组有限元分析中,通过电芯模态频率试验,对比标定电芯简化模型材料参数,并获得准确的电芯简化模型,用于模组建模分析;对比模组详细建模计算与试验结果,二者共振频率误差小于1%;采用模态相等方法进行模组简化,模组简化建模约束模态结果与详细建模结果的误差小于1%;模组简化建模单元数量从10多万个降为5000个,单元数量去除率大于95%,在保证性能等效的同时有效降低单元数量,对整车有限元分析和电池系统有限元分析具有重要意义。     

动力电池包热管理设计与优化分析

针对动力电池包热管理中系统温度不均匀的问题,本文以某款液体循环冷暖一体化热控方式的电池包为研究对象,通过Ansys-fluent对其液冷回路进压降仿真,并优化液冷回路,最后通过实验验证优化前后系统的散热/加热性能,得出流量均匀性越好在液冷和液热时,电池包内电芯间的温差越小,散热以及加热效率更高.为后续热管理设计可将流道...     

基于往复流风冷的动力锂电池热仿真正交分析

随着电动汽车销量的增加,动力电池的热安全问题日益受到关注,电池温度过高会影响电池的性能,严重时会导致热失控的发生。为研究锂电池的放电特性,探究不同因素对电池组往复流风冷散热的影响规律,基于外接UDF的Fluent仿真计算,利用正交试验,分析了入口风速、冷却空气温度、往复流周期三个参数对电池温度分布的影响规律。研究结果表明往复流周期对电池组温度分布均匀性的影响最大,入口风速对电池组最高温度影响最大,而冷却空气温度影响则相对较小。在此基础上,进一步获得了往复流散热性能的最优匹配参数。     

散热器翅片参数对其性能的影响研究

为研究散热器翅片参数对其性能的影响,运用AMESim软件搭建某商用车发动机冷却系统,研究散热器翅片参数对其性能的影响。研究表明:散热器的外翅片间距对其散热能力有较大影响,随着翅片间距,散热器换热能力增大;散热器内翅片间距的变化并不会对散热器的散热性能造成明显影响;散热器内翅片的高度不宜过小。     

Transient modeling and validation of lithium ion battery pack with air cooled thermal management system for electric vehicles

A transient numerical model of a lithium ion battery (LiB) pack with air cooled thermal management system is developed and validated for electric vehicle applications. In the battery model, the open circuit voltage and the internal resistance map based on experiments are used. The Butler-Volmer equation is directly considered for activation voltage loss estimation. The heat generation of cells and the heat transfer from cells are also calculated to estimate temperature distribution. Validations are conducted by comparison between experimental results at the cell level and the pack level. After validations, the effects of module arrangement in a battery pack are studied with different ambient temperature conditions. The configuration that more LiB cells are placed near the air flow inlet is more effective to reduce the temperature deviation between modules.     

车载动力电池液体冷却非线性优化方法研究

电动汽车动力电池散热需求会受到外部环境温度、风速和负载电流变化等因素的影响,如果不及时散热,动力电池的温度会迅速攀升,进而影响电动汽车的驾驶性和安全性。基于此提出一种锂离子电池非线性冷却优化方法。首先,通过对锂离子电池生热、散热机理分析,建立考虑传热系数随冷却液流速变化的锂离子电池集中热模型,通过电池特性测试试验确定电池内阻和熵热系数等热物性参数,并与AMESim模型对比,验证模型的有效性。然后,基于电池冷却系统非线性和易受负载电流变化影响的特征,提出一种考虑电池冷却系统的稳态特性以及参考变量前馈功能和闭环反馈消除静态误差机制的非线性冷却优化方法,并对其稳定性和鲁棒性进行研究。仿真结果表明:在NEDC-HWFET-US06组合工况下,非线性冷却优化方法调节下的电池温度与目标温度的最大偏差较PID方法减小了0.8 K,并且冷却过程的能耗降低了6.3%,具有更好的调节效果。     

Cooling performance evaluation of height-downsized front end module for pedestrian protection

The front end module (FEM) needs enough space from hood to absorb the energy from any pedestrian collision. The FEM with downsized cooling module for pedestrian protection is important to reduce the severity of pedestrian injury. When a vehicle collision happens, the FEM with downsized cooling module is required to reduce the risk of injury to the upper legs of adults and the heads of children. In this study, the performance of cooling module to cool the engine was investigated under 25% height reduction. The heat dissipation and pressure drop characteristics have been experimentally studied with the variation of coolant flow rate, air inlet velocity and A/C operation (on/off) for the downsized cooling module. The results indicated that the cooling performance was about 94% level compared to that of the conventional cooling module. Therefore, we concluded that the cooling module had a good performance, and expected that the cooling module could meet the same cooling performance as conventional cooling module through optimization of components efficiency. This paper also deals with the development of FEM with downsized cooling module for the cooling performance level in vehicles. In the test of front end module??s heat dissipation performance, the prototype presented about 15% decrease under the conditions of all the vehicle speeds than that of conventional one.     

基于新型液冷板的电池热管理系统多目标优化

为提升电池热管理系统(BTMS)散热效果,采用计算流体力学(CFD)和基于快速非支配排序遗传算法(NGSA-II)的多目标优化相结合的方法设计优化了一种新型液冷板模型。通过电池实验,得到不同放电倍率下单体电池产热量。以通道夹角、通道宽度、冷却液的质量流量为设计变量,平均温度、温度标准差和压降为目标函数,采用拉丁超立方体抽样(LHS)方法,在设计空间中选取了35个设计点,利用响应面近似模型(RSM)拟合出目标函数的表达式。结果表明:在5C放电倍率下,优化后液冷板的散热性能得到有效提升,与初始模型相比,液冷板的平均温度和温度标准差分别下降了11%、51.2%,压降仅增加了3.3Pa。     

侧置式重型柴油机中冷器和散热器布置形式对冷却性能的影响

以侧置式重型柴油发动机舱内的冷却模块(中冷器和散热器)为研究对象,建立了发动机舱及冷却模块的内部三维流动与传热的数值仿真模型。通过舱内冷却空气流动与冷却模块的传热耦合仿真分析,研究了中冷器和散热器在前后布置与上下布置两种形式下的散热性能。结果表明:与中冷器和散热器的前后布置形式相比,采用上下布置形式时,散热器冷却液出口温度基本不变,中冷器热侧出口温度降低了24%。中冷器和散热器上下布置形式有利于进一步降低发动机热负荷,减小发动机冷却模块尺寸,节约材料,优化发动机舱空间布局。     

蜂巢式液冷电池模块传热特性的试验研究

为4 A·h的21700型锂离子电池研发了蜂巢式液冷电池模块,并通过搭建的试验平台测定其充/放电过程的传热特性。结果表明:在25℃环境温度下,0.5C恒流恒压充电和1C恒流放电过程中,电池模块的最大温差均被控制在2℃以内;40℃环境温度下,1C恒流放电过程中,当冷却液流量大于1 L/min时电池模块的最大温差能保持在所要求的5℃以内。说明蜂巢式液冷电池模块冷却性能优良,可为未来电池热管理方案的设计提供技术支撑。     

车用锂离子电池相变冷却技术研究综述

从相变材料这一角度,综述了相变材料的选取制备、相变材料新型冷却结构的设计、相变材料与其它冷却方式耦合形成的散热系统3个方面对锂离子电池散热的影响,并总结了翅片辅助相变冷却,泡沫金属辅助相变冷却、相变材料与热管耦合的散热系统的优势与不足。分析结果表明,优化复合相变材料的成分配比,向相变材料中加入翅片或者泡沫金属都有助于散热,使用相变材料与其它冷却方式耦合的散热系统,不仅可以达到良好的散热效果,而且可以通过不断优化改进,使其具有广阔的应用潜力。