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。     

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。     

新型液冷动力电池模组传热特性试验研究EI北大核心CSCD

为提升动力电池热管理系统的传热效果,研发了新型液冷动力电池模组。基于单体电池的最大发热功率测试结果,建立了新型液冷动力电池模组的冷却/加热系统试验平台,该平台由供液系统、冷却系统、加热系统、信号测量(传感器)与数据处理系统和电池管理系统等组成,可进行液冷动力电池模组传热特性的试验,为后续电池热管理系统的研发提供理论依据和技术支撑。     

新型液冷动力电池模组传热特性试验研究

为提升动力电池热管理系统的传热效果,研发了新型液冷动力电池模组。基于单体电池的最大发热功率测试结果,建立了新型液冷动力电池模组的冷却/加热系统试验平台,该平台由供液系统、冷却系统、加热系统、信号测量(传感器)与数据处理系统和电池管理系统等组成,可进行液冷动力电池模组传热特性的试验,为后续电池热管理系统的研发提供理论依据和技术支撑。     

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。     

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。     

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。     

新型动力电池热管理系统设计及性能研究

为提高动力电池液冷系统和加热系统的冷却和加热效果与安全性，本文中基于理论分析和数值模拟的方法设计了一种新型冷热集成系统。其中，液冷板采用独立式盘绕铝管嵌入铝材基板结构，并设计了流量分区以适应电池模组差异化的冷却需求，而低温条件下电池模组的快速加热，则通过集成PTC热敏电阻模块来实现。实验结果表明，在环境温度为40℃条件下进行快速充电和大功率放电循环时，电池包4个分区的最高温度均低于45℃，且各分区温差在1℃左右；在环境温度为-20℃时，内部加热方案可快速将电池包温度由-20℃上升至可大电流充电的温度，且其能耗比外部循环加热方式降低41.4%。     

一种动力电池系统的液冷方案设计与温升测试

针对混合动力商用客车设计一种锂离子电池包液冷系统,通过电池发热功率和液冷板结构计算出液冷系统的压力以及模组之间的温差。选取压缩机、节流元件、换热器、蒸发器、泵、膨胀水壶等器件组成液冷系统,最后分别在常温(25℃)和高温(40℃)环境下进行高倍率充电(3C和4C)+市区工况运行,模拟混合动力商用车的运行路况,测试其循环温升。结果表明液冷效果明显,可以将动力电池系统温度控制在正常的工作范围内。     

一种用于动力电池热管理的均温液冷板

动力电池热管理的目标不仅是保证电池模组在合适的温度范围内工作,而且要尽量保证模组内部温度均匀。液冷板是电池模组主动液体冷却系统的一个重要组成部分,此前对电池热管理的研究大多集中在液冷板流道结构及冷板排布方式对电池模组温度分布的影响,而忽略了冷却液的沿程温升对模组温度均匀性的影响。根据间壁式传热原理,提出采用液冷侧非线性强化传热的方式,以实现热源侧壁面温度均匀分布的均温液冷板结构。以某一动力电池模组液冷散热要求为例,构建了非线性传热强化液冷均温板模型,并进行了相应的数值模拟。结果表明,提出的均温液冷板能有效实现动力电池模组均温性要求。     

电芯膨胀力叠加关系研究

随着新能源行业的兴起,高比能、低成本、高成组效率的模组设计已成为主流趋势。然而锂离子电池在充放电过程中会发生鼓胀,导致电芯循环寿命降低。且电芯到模组级别膨胀力呈增大趋势,过大的膨胀力会使模组端侧板发生破坏。文章基于电芯膨胀力叠加关系的研究,分别对单体电芯、2P1S、1P2S、3P1S、1P3S、4P1S、1P4S以及3P4S模组进行了测试,得出电芯串并联方式对模组膨胀力大小的影响可以忽略不计,且模组膨胀力的大小与电芯的个数呈对数函数的关系。通过预测不同成组方式模组膨胀力的大小,为安全模组设计提供指导意义。     

不同热管理方案下锂离子电池模组温度特性分析

针对锂离子动力电池在不同条件下电池模组温度变化及热失控传播特性不明晰的问题,提出了基于不同填充材料的电池热管理模拟方案。利用COMSOL Multiphysics软件,以18650电池为研究对象,建立锂离子电池模组热电耦合模型,分析不同填充材料下充放电倍率、液冷流量、液冷管排数对正常电池模组温度的影响;探究不同填充材料对电池模组热失控传播的影响;结合电池热失控试验数据验证模型准确性。结果表明,填充材料和管排数对电池正常模组温度影响较大;填充材料为石墨时最佳液冷管排数为8根;PCM材料能将对热失控传播时间控制在40~50 s/颗,相比于石墨具备明显优势。     

压力均匀性对软包电池模组一致性影响分析

软包锂电池模组外部施加不同程度压强,可通过改变电池界面状态影响电性能。在室温环境下,对电池模组施加不同压力进行充放电循环,分析压力及均匀性对软包电池模组电性能影响。试验结果表明,模组应力集中位置出现电芯局部析锂老化,模组内电芯压差增大,循环寿命衰减加快,分析与局部压力过大造成Li+传输通道减少有关。     

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。     

某电动客车动力电池冷却系统的改进及验证

针对某电动客车动力电池的冷却问题,改进设计了一款新型液冷散热系统,用ANSYS对该液冷散热系统进行仿真分析并进行测试验证。结果表明,该新型液冷系统对动力电池散热的效果非常显著。     

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。     

电动汽车电机控制器IGBT温度控制装置和策略

IGBT模组是电机控制器的核心功率元件,在电动汽车复杂运动工况下,长时运行会导致IGBT模组内部温度波动并引起热失效问题,会影响电机控制器的控制精度、整车的舒适性以及续航里程,甚至会烧穿IGBT模组,因此对IGBT模组的冷却变得越来越重要。本文研究现有IGBT冷却方式,针对现有风冷和液冷技术对电机控制器IGBT模组冷却不足,散热性较差,并且难以控制IGBT模组温度的技术问题,本文采用半导体制冷片冷却IGBT模组,可有效控制IGBT模组的温度,并且提前冷却。     

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     

热激源下LFP锂离子电池的热失控特性研究

电动汽车用动力电池系统单一电芯热失控后经扩展导致燃烧是电动汽车灾害事故的主要发展链条之一,为进一步厘清锂离子电池热激源下的灾害表现行为,本文采用加热板直接加热的方式开展了热传导作用下方壳磷酸铁锂电池单体和模组的热失控实验研究,并采集和分析了热失控过程中的电池温度、电压及火灾动力学参数。实验结果表明,LFP单体在热传导作用下的热失控会产生大量白烟,但无明火出现,电芯防爆阀开启温度为250℃,热失控温度280℃,热失控最高温度600℃,LFP单体热失控存在电芯内部的热蔓延特征,热失控内传递时间约为1.5 min;LFP电池模组燃烧呈间歇喷射特征,且火焰传播速度逐步加快,模组最大热释放速率为260 kW,最大烟气生长速率为1.4 m²/s。LFP电池模组着火的点火能主要来自外部电压采样线因高热导致绝缘层失效后短路产生的电火花,且电芯连续热失控更易引发采样线短路,在动力电池系统设计时应尤其注意电压采集线路布置位置、绝缘层失效温度等关键参数。     

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。