往复流散热方式的锂离子电池热管理

为解决电池模块内部单体电池间的温度不均匀性而影响电池的使用性能和寿命的问题,本文中采用了一种往复流冷却方式,使冷却空气流动方向周期性逆转,以降低单向流空气冷却方式时单体电池沿空气流方向的温度梯度。结果表明,采用往复流冷却方式后,在1C和13.33C放电倍率下,电池温度均匀性分别提高了12.1%和62.4%,电池模块的使用性能和安全性得到改善,电池使用寿命得以提高。同时,文中还利用计算流体动力学虚拟试验与正交优化相结合,对影响往复流散热性能的往复流入口的速度与温度和往复周期3个参数进行了优化,并揭示了它们对电池最高温度和温差的影响规律。     

基于微通道液冷的动力电池热管理性能分析

为了对电池进行有效的热管理,文章提出一种采用微通道液体冷却的热管理方式,并基于COMSOL软件对一款磷酸铁锂软包电池仿真研究,分析了不同放电倍率下冷却剂流量、冷却剂入口温度对电池模组冷却性能的影响。结果表明,采用冷却方式可以将电池组的最大温差及最高温度均控制在允许的区间;增加冷却剂流量可以在一定程度上降低电池组的最高温度和最大温差,但是需要考虑泵送功的损失;降低冷却剂入口温度是降低电池模组最高温度的有效方式,冷却剂入口温度对电池组温度一致性影响很小。     

强制风冷锂离子电池热管理系统研究综述

为解决车用锂离子动力电池在高强度工作过程中电池温度过高以及电池组温均性差等问题,需要对电池组设计合理的电池热管理系统(BTMS),以此提升电池组的冷却性能.首先阐述了热管理系统的常见冷却方式,分析了各种冷却方式之间的优缺点.随后针对应用最为广泛且最易实现的空气冷却方式,从冷却空气流型、电池排布方式、电池间距、冷却空气流...     

电动汽车电池组热管理系统的关键技术

电池组热管理系统的研究与开发对于电动汽车的安全可靠运行有着非常重要的意义。本文分析了温度对电池组性能和寿命的影响,概括了电池组热管理系统的功能,介绍了电池组热管理系统设计的一般流程,并对设计热管理系统提出了建议。文章重点分析了设计电池组热管理系统过程中的关键技术,包括电池最优工作温度范围的确定、电池生热机理研究、热物性参数的获取、电池组热场计算、传热介质的选择、散热结构的设计等。     

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。     

混合动力汽车镍氢电池组通风结构优化分析

对混合动力汽车现有的镍氢电池组的通风结构进行了研究,分析了不同电池模块配置方式对电池组冷却空气流场和温度场分布的影响.在现有的顺排和叉排的基础上提出了梯形排列,采用ANSYS CFX软件对不同排列进行了数值模拟,结果表明,梯形排列方式可以较好地改善电池组温度分布的均匀性.最后,设计了梯形排列电池组样机,并进行了充放电和温度测量试验,验证了数值仿真的结果.     

基于正交模型灰色关联算法的高功率动力电池包冷却结构优化研究

针对液冷型动力电池包冷却结构多因素参数化研究,搭建电芯电-热耦合仿真模型,通过台架试验验证了电芯仿真计算的有效性。对显著影响液冷型电池包性能的冷却液流速、冷却液温度及冷管宽度和高度4个关键参数进行四因素四水平正交试验计算,基于正交模型的模糊灰色关联分析法探究四因素对电池模组最高温度和最大温差的影响权重。结果显示：对于电池模组最高温度,冷却液的温度对其影响最大,冷却液流速次之,冷却管道宽度影响最小;而对于电池模组最大温差,冷却液流速对其影响最大。通过结果分析得到优化组合方案,计算得到优化方案能使得电池组最高温度下降到32.8℃,最大温差控制在3.3℃内,冷却性能表现最佳。     

电动汽车动力电池组风冷结构仿真及优化

为解决目前电动汽车动力电池组在开发中出现的电池包风冷散热性能不良问题。通过研究不同散热风道结构中电池组温度分布的均匀性特性,借助CFD有限元法,进行流场速度矢量图和温度云图的比较,分析了散热性能和温度分布均匀性特性。讨论了风道的设计对电池组温度分布特性的影响,最后通过试验进行验证,试验验证表明:优化后的电池组整体压力较小、风速较高、温度均匀性较好且散热特性优秀,具有较好的应用性。     

不同充电倍率下锂离子电池组冷却系统结构设计

针对锂离子电池组在不同充电倍率下最高温度和单体温度均匀性的要求，在构建动力电池热模型的基础上，以抑制电池组内最高温度和最大温差为目标，仿真分析了液冷板布置位置、流道设计和冷板出入口位置等因素对电池组温度的影响规律。仿真结果表明，本文所设计的冷却系统，在电池组以2C倍率充电时，最高温度可控制在35.5℃，温差不超过5℃。     

Thermal Model for Square Lithium-ion Battery Pack

首先通过最小二乘法对方形锂离子电池组中单体电池的比热容、流道材料的导热系数和自然冷却条件下的综合换热系数进行了估计;然后根据热边界层理论确定了强制冷却条件下电池冷却流道表面局部综合换热系数的计算式;最后根据电池组的结构特点和冷却方式,建立了电池组的一维瞬态传热模型.该模型能根据电池组当前的环境温度、运行负荷、冷却强度和初始荷电状态实时预测电池组中各单体电池的运行温度.在Arbin试验台架上测量了144V/8A·h方形锂离子电池组在不同运行工况下单体电池的温度分布,并与模型仿真结果进行了对比,结果表明模型仿真的最大误差不超过1℃,满足混合动力系统性能仿真和电池组管理策略优化的精度要求.     

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。     

考虑通风与围岩条件的寒区隧道温度场模型及作用规律研究

为了解决寒区隧道温度场的预测问题,为寒区隧道抗冻设防提供指导,结合传热学、流体力学的基本方法,根据能量守恒原理,推导寒区隧道风流温度场的传热模型,并在此基础上,借助有限差分方法,探讨通风和围岩条件对寒区隧道温度场分布的作用规律。研究结果表明: 1)入口风温越低,风流速度越大以及断面越大,相同位置处洞内温度越低,这是由于进入洞内的冷空气更多,入口风温每降低5 ℃,同位置洞内风流温度平均降低3. 8 ℃; 2)风流温度决定了离壁面一定范围的围岩温度大小,风流温度越低,冻结深度与受到影响的围岩范围更大; 3)初始岩温越大,围岩温度分布曲线越陡峭,围岩导热系数则相反,且初始岩温每增加 5 ℃,冻结深度减少0. 24 m,受影响的围岩径向深度减少0. 32 m。     

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。     

基于锂电池模组的风冷方式研究

风冷技术虽已广泛应用于动力锂电池系统,但目前锂电池系统风冷的研究主要集中在如何利用电芯间隙冷却,电芯排布方式和模组进出风口形式的设计上,然而这些方法在实际应用中具有一定的限制。针对以上问题,本文在模组底部加装导热垫及散热片,同时利用计算流体力学的方法对该技术方案进行数值模拟,并分析对比加装不同形式的散热片,电池模组内电芯温度的差异。结果表明,模组底部加装散热片能够快速的将电芯的热量传递给冷却气流,并有效降低电芯间的温差;交错翅片型散热片的散热性能优于平直翅片型散热片;翅片数量及厚度在一定程度上影响了散热片的散热性能。     

混合动力汽车动力电池热管理系统流场特性研究

为改善电池组的温度均匀性,对混合动力汽车电池热管理系统提出了两种局部结构的变动途径,一种是改变通道的宽度,另一种是改变空气进出口处集流板的倾斜角度.利用FLUENT软件对15种结构变动方案的流场进行模拟计算,详细分析了结构变动对流速分布的影响,比较了两种结构变动途径的作用机理.最后,选出流速均匀性相对最好的结构方案,试验验证表明该方案的温差满足设计要求.     

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.     

Analysis of the performance of the evaporator of automotive air conditioning system

The purpose of this research was to establish a theoretical model for the evaporator of automotive air conditioning system and conducting simulations to evaluate the effect of operation parameters, environmental conditions, and design parameters on the performance of evaporator. An automotive air conditioning system primarily consists of four components: the compressor, the condenser, the refrigerant controller, and the evaporator. The refrigerant flow in the evaporator can be divided into two regions: the evaporating region and the superheat region. The refrigerant in the first region is a two-phase flow, while the refrigerant in the latter region is in the state of superheated vapor. The air flowing through the interior of the evaporator can also be divided into two zones: the unsaturated zone and the saturated zone. Water vapor is condensed in the saturated zone while in the unsaturated zone, no water condenses. Because the refrigerant flow and the airflow are perpendicular to each other, the distribution of refrigerant in the evaporating region and the superheat region does not coincide with the distribution of air in the unsaturated zone and the saturated zone. This study examines the effects of different design parameters, environmental conditions and operating parameters on the cooling capacity and superheat of an air conditioning system. Design parameters include the length of the refrigerant channel, the length of the air channel, and the thickness of the fins. Environmental conditions include the air inlet temperature and absolute humidity. Operation conditions include the refrigerant inlet enthalpy, inlet air flow rate, and refrigerant mass flow rate. Results of simulation demonstrated that fins with 50 micron meters width has the greatest cooling capacity for identical outer dimensions; thicker or thinner fins only decreased cooling capacity. Under different outer dimensions, longer refrigerant tubes and air channels created a greater cooling capacity. However, the increase in cooling capacity becomes less and less if the refrigerant flow was fixed because the heat transfer capability of the gaseous refrigerant was limited. In this study, an increase of 19% in cooling capacity can be reached as the length of refrigerant channels was increased, and the increased length of the air channels can promote the cooling capacity by 22%. Besides, it was found in this study that a decrease in the refrigerant inlet enthalpy, the inlet air flow rate, the air inlet temperature, and the inlet absolute humidity, or an increase in the refrigerant mass flow rate, would extend the superheat region and decrease the refrigerant’s superheat. It was also found that the cooling capacity of air conditioners is extremely sensitive to changes in the refrigerant mass flow rate and the inlet enthalpy, and variations more than 50% were found in the operating ranges examined in this study. However, changes in the inlet temperature, absolute humidity, and inlet air flow rate only resulted in variations between 10% and 20% in the examined ranges of conditions. Finally, a correlation among these variables and the simulated cooling capacity was obtained in this study, enabling the relevant researchers to evaluate automotive air conditioning performance under different environmental conditions and operation parameters more easily.