基于迭代动态规划的动力电池组热管理优化策略

动力电池在电动汽车行驶过程中不断产热,持续高温会降低电池的使用寿命,危害汽车的运行安全。因此,采取高效、节能的冷却优化策略,提高动力电池工作效率十分必要。本文基于电池的生热特性和牛顿冷却定律建立电池组集中质量热模型,并与AMESim中建立的电池液冷系统模型进行对比,验证其准确性。针对电池热管理系统的高度非线性与时变性,提出一种在多维搜索空间迭代逼近最优值的迭代动态规划（IDP）策略。通过MatLab-AMESim联合仿真对比,证明了此方法以最小的能耗对电池组温度进行快速冷却,且冷却液流速稳定,验证了IDP优化策略的高效性与节能性。     

锂离子电池冷板式散热技术研究综述

锂离子电池在充放电过程中会产生大量热量,若温度过高,可能会导致电池失效或发生安全问题。锂离子电池冷板式散热作为电池冷却系统重要技术之一,对保障电池安全至关重要。首先系统地分析了冷板式液冷设计的相关方法,并对不同方法优缺点进行了对比。当前,锂离子电池热管系统主流冷却方式仍是液体冷却,其具有更高的散热效率,随着电池能量密度的提高,未来电动汽车热管理系统的发展趋势可能朝向混合冷却、系统化设计和智能化管理的方向发展。     

动力电池热模型研究现状

对于没有散热结构的锂离子电池组,在充放电过程中产生大量的热,会造成部分电池温度过高。在高温条件下,电池的温度上升得更快,严重影响电池的容量、性能以及使用寿命,甚至会导致安全事故发生。所以需要通过优化散热结构,采用适合的方式对锂离子电池组进行热管理,以保证电池组的工作温度在正常范围。文章主要对锂离子动力电池热状态研究现状进行阐述,并就锂离子动力电池热管理系统要求进行分析。建议以后锂离子电池热状态研究可以将研究重心放在多种维度模型结合,得到在各种条件下的最佳组合方式。     

电动汽车用动力电池管理技术

由于动力电池能量和端电压的限制,电动汽车需要采用多块电池进行串、并联组合,但是由于动力电池特性的非线性和时变性,以及复杂的使用条件和苛刻的使用环境,在电动汽车使用过程中。要使动力电池工作在合理的电压、电流、温度范围内,电动汽车上动力电池的使用都需要进行有效管理,对于镍氢电池和锂离子电池,有效的管理尤其需要,如果管理不善,不仅可能会显著缩短动力电池的使用寿命,     

基于电化学热耦合模型的电动汽车电池模组热特性研究

为研究电池组的排列与布置方式对电池热特性的影响,本文中以18650锂离子电池为研究对象,建立了单体电池的电化学热力学耦合模型。利用模型仿真和实验测量获得了不同放电倍率时的电池表面温度随放电容量的变化关系,实验数据与仿真数据基本吻合,模型准确。基于单体耦合模型,分析了6×5动力电池模组的不同排列与布置方式下的热特性。结果表明:间距太小或太大均会使平均温度增加,本案例电池间距24 mm时平均温度最低;间距越大,温差越小,温度分布均匀性越好;间距一定,交叉排列散热效果优于对齐排列,且空间利用率更高。电池的排列和间距对电池散热有重要影响,锂离子动力电池组设计过程中应充分考虑。     

低温工况下电动汽车电池热管理系统优化

随着电动汽车的市场占有率不断提升,汽车制造商逐步将研发重点转向动力电池和智能化控制方向。由于动力电池的化学特性,温度对动力电池充放电性能与安全性会产生较大影响,因此在电动汽车开发中,电池热管理系统的设计具有较高的优先级。基于现存主流电动汽车电池热管理系统结构,结合特斯拉汽车的八通阀热泵系统技术,分析了动力电池的工作原理及其热管理系统的优缺点,同时针对动力电池在低温工况下会出现冷车掉电、续 航里程短、充电功率下降等问题,提出了动力电池热管理系统优化方案。     

《中国公路学报》"动力电池系统关键技术"专栏导语

发展以电动汽车为代表的新能源汽车产业已成为我国实现能源结构转型和汽车产业升级的重要手段。动力电池系统是新能源汽车的核心部件,直接影响新能源汽车的续驶里程、动力性、经济性和安全性。动力电池系统关键技术主要包括系统建模、参数估计、状态估计、健康管理、热管理.、安全管理与充电控制等方面,其研究与突破对提升新能源汽车安全性、可靠性、有用性和可维护性,进而对支撑我国交通强国建设具有重要而深远的意义。
近年来,众多学者和科研人员在动力电池系统关键技术方面开展了大量创新研究工作,取得了一.批具有代表性的研究成果。为全面展示动力电池系统关键技术领域的最新研究进展,广泛开展学术交流和探讨,《中国公路学报》编辑部邀请重庆大学胡晓松教授、上海交通大学张希教授、长安大学赵轩教授、北京科技大学徐晓明教授、北京理工大学张雷研究员作为专刊组稿负责人,共同向该领域知名专家、学者公开征稿,出版本期"动力电池系统关键技术"专栏。本专栏共收到理论..方法、系统设计、仿真测试、试验研究等论文投稿约50篇,最终录用9篇。研究内容主要集中于以下几方面:
(1)动力电池系统优化设计。主要内容包括:基于老化仿真的电动汽车新型双源电池系统全生命周期成本研究。该研究提出一种采用"部分换电"思路的电动汽车新型双源电池系统,系统中主、副电池包可分时独立地为车辆提供电能。
(2)数据驱动的动力电池系统模型构建与状态估计方法。主要内容包括:基于剩余充电电量的锂离子电池组容量快速估计、基于改进容量增量分析法的锂电池可用容量估计、基于优化高斯过程回归算法的锂离子电池可用容量估算、电动公交在途特性的电池状态梯次划分等。
(3)动力电池热管理控制策略。主要内容包括:车载动力电池液体冷却非线性优化。该研究提出一种包括稳态调节、前馈预测、误差反馈等环节的非线性冷却优化方法,可以提高系统抵抗电流扰动的能力,降低系统冷却能耗。
(4)动力电池快速充电控制技术。主要内容包括:基于SOC自适应分阶的动力锂电池两步优化快速充电。该研究针对电动汽车多阶段恒流充电优化问题,提出了两步优化充电策略,有望实现充电时间和充电损失的平衡优化。
(5)动力电池系统失效机理与故障诊断技术。主要内容包括:锂离子电池碳负极扩散应力与微观结构失效机理、基于电压频域特征和异常系数的动力电池故障诊断等。
动力电池系统关键技术的相关理论、方法与应用研究,将为我国新能源汽车产业发展提供重要的理论和技术支撑。《中国公路学报》将持续关注该领域的国内外最新研究进展,更好地为学界和工业界专业人员提供学习和交流平台,促进我国新能源汽车产业的高质量快速发展。     

A Study on the Temperature Field of Lithium-ion Battery Pack in an Electric Vehicle and Its Structural Optimization

建立了电动汽车锂离子电池组的三维散热模型.对电动汽车匀速行驶且自然风冷时锂离子电池组的温度场分别进行了仿真和测试,结果表明,两者温度变化趋势基本一致,反映了所建温度场模型的合理性.在此基础上,提出了锂离子电池组散热结构的优化方案并进行了仿真分析,优化后锂离子电池组的散热良好:电池组的最高温度从46℃降至33℃,电池之间的温差在6℃以内.     

动力电池系统热管理仿真分析及设计优化

为提高锂离子动力电池的工作温度区间,保障电池的动力输出,需要在电池系统端进行有效的热管理设计。文章主要通过CFD热仿真技术分析了在不同实验工况下电池单体内部生成热、模组在加热及散热时的温度场分布,并通过对比分析不同散热结构的仿真结果,来优化电池内部散热结构的设计。整车的冷却实验验证结果也表明该设计可以有效地保障电池工作合理的温度范围内。     

基于双层分形微通道的纯电动汽车锂离子电池液冷板结构优化

液冷方式是当前纯电动汽车锂离子电池最主流的散热方式之一,具有散热效率高、能耗小的优点。采用仿真分析与多目标优化相结合的方法,重点研究了冷却板结构的优化设计。介绍了一种新型双层分形微通道液冷板,并进行了优化仿真设计分析和多目标优化分析。提高冷却液的流量和降低入口温度可以大幅降低液冷板的最高温度和温差,冷却板结构优化后的压力差和冷却泵能量 消耗都有所下降,提高了液冷板的散热效果,延长了锂离子电池的使用寿命,保障了纯电动汽车在使用过程中的安全可靠。     

车用锂离子动力电池组散热特性数值研究

针对车用锂离子动力电池的散热问题,对电池组的结构进行优化设计。建立锂离子动力电池三维模型,利用Fluent进行数值仿真。通过对仿真结果的对比分析得出：电池间距的增大和减小分别使电池组的散热性能提高和降低,且其间距减小时,电池间温度差异明显;发现动力电池组入口风速升高,电池表面空气流速相对提高,电池组换热能力增强,但电池间流场的一致性变差、温差变大。     

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。     

锂离子电池可逆与不可逆生热特性研究

以商用圆柱形18650电池为研究对象，利用Bernardi简化生热模型，综合考虑了电池单体在不同温度、不同荷电状态（SOC）下的实际生热情况，通过混合脉冲功率性能放电测试（HPPC）和开路电压测试，拟合得到电池单体生热、直流内阻与SOC、温度的函数关系。结果表明，电池单体的生热与温度、SOC有很大关联，建立的单体生热模型可为动力电池包热管理的模拟和优化提供参考。     

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...     

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。     

锂离子电池组散热设计及送风策略

通过实验研究了锂离子电池1C倍率放电,20℃自然对流情况下的温升特性。测得了20℃环境温度下电池的充放电内阻特性,并根据某品牌18650型锂离子电池的物性参数以及实验测得的内阻数据建立了电池单体仿真模型,仿真计算了与实验同工况下的温度分布情况,最大误差4.9%。设计了一种包含480节电池的并行通风空气冷却散热结构,并通过正交试验进行了优化,得到了进出风孔距电池的最小距离1mm,上挡板距离电池的最小距离1mm,下挡板距离电池的最小距离1mm的最优结构,使电池组的最大温升下降了5.71℃,最大温差降低了5.06℃。并基于最优结构给出了120s后每60s改变送风方向的往复送风策略,使电池组即使在40℃、2C放电的恶劣工况下也能够工作在25℃-40℃,电池单体温差5℃以下的工作环境中。     

混合动力发动机与动力电池冷却余热双向循环预热

为了提高并联式混合动力汽车发动机和动力电池低温生存能力,探索发动机与电池冷却余热资源的利用新途径,提出了一种基于余热再利用的发动机和动力电池双向循环低温预热的新方法。建立发动机和动力电池余热数值模型,定量分析和研究余热系统的温升特点与温度分布状况,揭示了发动机与动力电池余热的传热规律,设计了基于相变材料的自动双向热控装置并进行了低温试验。结果表明:该方法实现了发动机与动力电池吸热冷却和发热加热的一体化应用,可将发动机冷却余热经热换器预热动力电池并使电池内部温度保持在29℃,又将动力电池冷却余热反向循环传输至发动机机体,使发动机内部冷却液温度预热至51℃,能够明显提高发动机和动力电池低温运行能力,节约了能量,验证了所提方法的优越性。     

试验循环工况下混合动力车用镍氢电池组温度场研究

在镍氢电池生热理论的基础上,根据混合动力汽车试验循环工况获得的充放电电流计算得到电池的生热功率,建立了电池组散热系统的散热模型。应用计算流体力学方法对电池组的温度场进行了数值模拟仿真分析,并进行了混合动力汽车试验循环工况下镍氢电池组的温度场试验。结果表明,模拟值与试验值吻合;电池组具有良好的散热效果,可满足混合动力汽车在生热、散热方面对镍氢电池的使用要求。     

车用大尺寸锂离子动力电池性能的仿真与分析

为探究车用大尺寸锂离子动力电池内部性能不一致性,基于伪二维理论,建立了二维仿真模型。引入集流体区域电势分布及边界条件,对10~150 cm不同长度电极的电池建模仿真,分析了倍率性能、容量发挥率、阻抗等电性能及局部析锂。结果显示:长度为100 cm的电池在3 C大倍率充电时正极集流体压降高达0.1 V,充电容量发挥率仅为82.2%,极化内阻接近10 cm的2倍;电流密度分布不均造成充电至85 s时就出现局部析锂;充电截止时刻极耳区域温度比中部高出8.6 K。因此,对车用大尺寸锂离子动力电池,亟需对结构进行优化设计和提高电池热管理能力。