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。     

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。     

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。     

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%。     

混合动力汽车动力电池热管理系统设计方法研究

本文根据混合动力汽车整车特性及动力电池工作特性，提出一种创新有效的动力电池热管理系统解决方案。该方案将发动机热管理系统、驾驶室空调系统和电池热管理系统进行了集成化设计，利用发动机余热对动力电池进行加热，同时采用同一套空调系统对驾驶室和电池进行制冷。然后，根据动力电池所需制冷功率以及加热功率，对动力电池热管理系统进行设计计算及零部件匹配选型。最后开展实车测试验证，证明了动力电池热管理系统设计方案满足要求，本文提出的动力电池热管理系统解决方案可靠有效。     

电动客车动力电池热管理液冷循环系统设计

阐述客车动力电池热管理系统液冷循环的设计要求,分析在不同电池数量及布置方式下如何设计管路连接来满足系统循环流量和排气需要.     

新能源汽车动力电池热管理系统优化

动力电池作为新能源汽车最重要的能量来源之一,其性能关系到续航里程和车辆的使用寿命。针对新能源汽车续航里程较短、低温下电池模组存在热量不能完全散发、温度波动大等问题开展了详细分析。为减少动力电池热管理系统中的热损耗,需要合理配置动力电池内循环换热装置,并根据动力蓄电池状态,在必要时对电池热管理系统进行优化。     

动力电池液冷液热系统的应用研究

根据某款三元动力电池的热特性,结合整车现有的空调和正温度系数加热元件（PTC）采暖系统,设计了针对该三元电池温度控制的液冷液热系统。在确保动力电池在高温条件下能正常工作的同时,解决了该三元电池在低温下无法充电或充电时间过长的问题。     

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。     

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。     

单束热管的电池热管理模组低温预热特性研究

为改善低温环境下锂离子动力电池性能,本文提出一种基于单束热管的动力电池热管理低温预热模组结构。在对单体电池进行产热模型试验验证的基础上,采用数值计算的方法,研究热管蒸发段预热方式、加热液体的入口温度和环境温度对模组内电池的升温特性影响。     

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。     

基于主动均衡策略的电动汽车用锂电池管理系统设计研究

为提高电动汽车用锂离子动力电池单体间的一致性及其能量利用率,需对电池单体或在模组间进行电量均衡。在研究动力电池组主动均衡策略的基础上,对均衡系统进行仿真建模,得到了动力电池电量、均衡时间与反激式直流转换器通断间的关系,并根据仿真分析结果搭建试验平台进行验证。验证结果表明,设计开发的动力电池均衡管理系统可实时检测电池单体的情况,并实现可编程式电池能量主动均衡,具有良好的均衡效果。     

液冷动力电池系统高寒保温与加热试验研究

对某款电动客车用液冷动力电池系统进行高寒保温与加热试验研究,对比分析该液冷动力电池系统在不同保温方式下的保温性能。     

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。     

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。     

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。     

锂离子动力电池模组碰撞失效行为试验研究

随着新能源汽车的快速发展和普及推广,锂离子动力电池的安全性问题日益突出。文章基于电池系统国标检测项目和典型汽车碰撞工况,设计了锂离子电池模组在不同加载速度和不同方向下的挤压试验,分析了锂离子电池模组的复杂力-电特性和失效行为。结果表明:电池模组在低速和高速挤压试验过程中均出现内短路和热失控现象,高SOC电池模组相比于低SOC模组在发生热失控后更容易起火燃烧。高速冲击工况下电池模组发生内短路时的侵入量比低速工况时小,说明电池模组的损伤容限随着加载速度的提高而降低。电池模组在碰撞工况下的力学特性及安全性具有典型的方向性。电池模组X方向的抗冲击能力相比Y向和Z向更强,但因电池单体堆叠热量积聚使得模组热失控更严重。研究结果为模组耐撞性能提升和整车电池碰撞防护设计提供了重要参考依据。     

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。     

低温环境下纯电动汽车动力电池热管理方法

纯电动汽车动力电池在低温环境下会出现工作效率急剧下降的问题,文章针对该问题设计了相应的热管理方案。低温环境下,在电动汽车电机开始工作之前,采用带反馈调节功能的正温度系数（PTC）加热系统进行汽车动力电池预加热。通过四通阀将冷却液的电池与电机回路相通,构成了新的循环回路。电机开始运转之后,比较低温下PTC加热系统、电机余热分别对电池进行加热,与二者协同作用下电池温度的变化情况,发现PTC+驱动系统余热加热模式加热效率高,能量消耗少,因此,提出低温热管理方法,通过冷却液循环系统利用PTC加热系统与电机产生的热量对电池进行加热或保温。为弥补纯电动汽车单一能源的不足,以上热管理方法的能量来源于蓄电池-超级电容混合储能系统,保证电动汽车蓄电池的电量不会因热管理系统的消耗而大打折扣。