动力锂离子电池温度场的计算机仿真分析

针对放电过程中,锂离子电池生热和散热问题,利用有限元分析软件ANSYS/Fluent,模拟分析锂离子电池在不同对流换热系数和不同放电倍率条件下的三维温度场分布情况。结果表明,锂离子电池温度场分布情况与对流换热系数和放电倍率存在一定关系。     

基于相变与液冷耦合的电池热管理系统研究

电池组在高环境温度下以高倍率放电时,电池组温度过高、温差大,极易引发安全问题。笔者针对这一问题设计了一种新的耦合式电池热管理系统。以采用纯石蜡冷却模型作为初始模型,首先探讨不同膨胀石墨质量分数的复合相变材料对于电池组热性能的影响,得出:在30℃的环境温度下,电池组以4C倍率放电时,采用EG质量分数为12%的复合相变材料对电池组进行冷却最优。在最优复合相变材料的基础上引入液冷系统,构建克里格近似模型,采用NSGA-Ⅱ遗传算法对耦合系统寻优,得出的预测结果精度较高误差最大仅为0.21%。利用算法寻优得出的最优解与初始模型相比,电池组最高温度下降5.29℃降幅为11.46%,最大温差下降0.12℃降幅为54.09%。结果表明:相变材料与液体冷却耦合热管理系统对电池组控温效果显著。     

碳酸钙包覆石蜡复合相变材料在沥青混合料中的应用研究

选用碳酸钙为壁材,石蜡为芯材,采用原位聚合法制备碳酸钙-石蜡复合相变材料,通过综合热分析仪对碳酸钙-石蜡复合相变材料储热性能进行表征,复合相变材料的相变焓及相变峰温分别为120. 1J/g,相变峰温为54. 1℃。将碳酸钙-石蜡复合相变材料掺入沥青混合料后对其的路用性能和路面降温效果进行评价。试验结果表明:当复合相变颗粒掺量达到5%时可降低试件温度约5℃,复合相变颗粒掺入沥青混合料后对其低温抗裂性和水稳定性的影响不大,有利于沥青混合料的高温稳定性。     

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...     

PA/EG耦合风冷电池热管理系统轻量研究EI北大核心CSCD

本文提出了一种将复合相变材料(石蜡(PA)混合膨胀石墨(EG))与空冷相耦合的电池热管理方案(简称APE-BTMS),该系统中电池中部采用PA/EG进行冷却,电池的上下端采用空冷(空气流速为1.23 m/s)。APEBTMS的主要目的是,将电池的工作温度冷却到最佳温度范围的同时,减轻整个电池热管理系统的质量。实验结果表明:APE-BTMS-45模型在相同的条件下展现了最佳的冷却性能;同时,基于COMSOL建立APE-BTMS数值模型,进行更加精细地轴向厚度和不同环境温度下对APE-BTMS冷却性能加以对比,经数值模拟结果进一步验证,APEBTMS-45在对比数据中具有最佳的冷却性能,并可最大轻量216.71 kg。本文的研究结果可为基于相变材料的电池热管理系统的设计开发提供参考和数据支撑。     

隧道围岩温度分析解及隔热层对衬砌温度的影响分析——以大瑞铁路高黎贡山隧道为例

高岩温会降低隧道衬砌结构的稳定性并恶化施工环境,在隧道结构中设置隔热层是一种较为有效的应对措施。为分析隔热层对衬砌温度的影响,基于隧道径向及轴向二维轴对称的围岩温度导热模型,引入第三类边界条件和莱维级数法推导得到隧道围岩温度分布的分析解,计算结果与已发表文献数据一致。以高黎贡山越岭段铁路隧道为工程背景,分析影响衬砌内外表面温度的主要因素。研究结果表明:1)利用分析解不仅能够方便地量化不同隔热层敷设方式对衬砌的降温效果,还能确定不同内表面对流换热系数条件下衬砌内外表面温度及其梯度与隔热层导热系数之间的连续变化关系,例如对流换热系数取0. 25 W/(m2·℃)工况下,采用夹心式敷设方式时衬砌平均温度比贴壁式低了约1. 6℃; 2)当对流换热系数较大时,隔热层导热系数减小对降低衬砌内外表面温度的作用减弱,表明洞内通风条件较好时选择热阻较小的隔热材料也能满足隔热要求。     

多年冻土路基对流换热试验方法

对流换热是多年冻土地区路基对外热交换的重要形式。利用自行开发的热风环境试验机,考虑不同路面材料类型、风速变化、温度梯度3个因素,对影响冻土路基温度场的对流换热状况进行室内模拟试验研究。研究表明：风速、温度梯度、路面材料类型3个因素对于对流换热系数有着交互影响,随着风速与温度梯度的增加,对流换热系数呈上升趋势。沥青路面材料的对流换热系数较水泥路面材料稍大。研究中给出了不同状况下对流换热系数的回归公式,并分别给出青藏高原地区沥青混凝土路面及水泥混凝土路面对流换热系数的推荐值。     

气流方向对通风制动盘散热性能的影响

制动盘温度过高会使汽车制动性能下降,研究冷却气流的方向对制动盘散热性能的影响,对加强制动盘的对流换热性能有着重要意义。在Fluent软件中仿真计算了实心制动盘,直方肋板通风制动盘,正旋和反旋的弯曲肋板通风制动盘模型,得到了各制动盘在不同来流方向下的外流场、外温度场、表面对流换热系数以及散热功率,确定了制动盘内侧沿中心轴的来流方向使制动盘散热最优,而沿制动盘径向的来流方向对制动盘的散热性能影响较小。在设计汽车制动盘对流冷却机构时可以参考这一结果。     

相变材料对沥青混合料热物性的影响

试验通过比较重要的热物性指标(毛体积密度、导热系数、比热容),研究在沥青混合料中加入相变材料(PEG2000/SiO_2)后相变沥青混合料与普通沥青混合料之间热物性的差异。结果表明:加入相变材料后提高了沥青混合料比热容,3%与5%相变材料掺量的相变沥青比热峰值分别为1.3和1.15J/(g·K),而基质沥青混合料的比热容随温度改变数值变化较为微小;3%、5%掺量的沥青混合料在40℃时相变沥青混合料开始相变,50℃左右导热系数达到最小约为1.17和1.0 W/(m·K),相变沥青混合料导热系数图呈凹曲线,添加相变材料可以在其相变温度段降低其导热系数,有效提高路面的高温稳定性。     

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.     

车用锂离子电池热管理研究进展

为寻找合适的电池热管理系统对电池进行温度控制,降低车用锂离子电池热失控风险,基于文献挖掘,在明确了锂离子电池热管理研究出发点的基础上,对目前锂离子电池热管理技术进行综述。阐述了车用电池空冷、液冷、热管冷却、相变冷却和复合冷却方式研究现状和进展,总结了不同冷却方式的优缺点,进而提出动力锂离子电池热管理技术未来的发展方向。空气冷却和液体冷却技术虽使用较多,但控温效果较差;热管冷却和相变冷却技术虽控温效果较好,但结构复杂,成本较高。复合冷却技术将主动冷却与被动冷却结合,有效降低峰值温度的同时也提高了电池包温度的一致性,可满足不同工况的需求,应用前景较好。     

不同工况下电动汽车冷板液冷系统散热性能试验研究

对采用冷板液冷方式的电动汽车液冷系统进行了试验研究,分析不同水冷板流径、进液流量和环境温度对其散热性能的影响。结果表明:随着进液流量增加,液冷系统的散热性能呈现先提高后降低的趋势;不论何种流径方案,都有一个最佳进液流量(单进单出为350L/h,双进双出为450L/h),使最高温升和内部最大温差都达到最小;采用双进双出流径方案时,随着环境温度的升高,最高温升减小,而内部最大温差增大;与单进单出流径相比,双进双出流径液冷系统的电池模块最高温升和内部最大温差均明显降低,散热效率得到提高;在环境温度不高于35℃,采用350～450L/h的进液流量,双进双出流径方案的散热性能完全满足设计要求。     

基于双场耦合的发动机舱内流场散热分析与结构改进

针对汽车发动机舱内由于热量富集和结构拥挤而导致散热困难的问题,提出了双场耦合强化散热原理,并用于指导某款汽车的发动机舱内散热问题的分析与结构改进。首先,基于对流换热场协同理论,论述了发动机舱内高温部件强化散热的空气速度与温度梯度的0°夹角原则,并据此根据自然对流换热下的温度场分布特征,推导了入流空气速度的"辐射状"优化方向;然后,针对某款汽车发动机舱内排气歧管散热不足问题,基于"辐射状"优化方向进行舱内流场散热分析和结构改进研究,确定了"散热器-风扇"导流罩组合的结构改进方案。最终结果表明,排气歧管对流换热系数提高了37.5%,表面平均温度降低了24.4%,周围局部高温消除,解决了舱内散热不足问题。     

CFD技术在发动机冷却水套优化设计中的应用

为了分析冷却水套能否满足发动机的散热需求,文章通过CFD软件AVL-Fire对其进行了三维数值模拟,得到了水套流场的对流换热系数,其中缸盖鼻梁区的换热系数过低,需要对水套进行优化设计。对方案优化后再次进行了分析,结果表明,优化后的水套在热负荷较大的区域的对流换热系数均超过推荐值,能够满足散热要求。     

锂离子动力电池发热特性及散热系统研究进展

从热特性这一角度,综述了电池产热机理、热相关特性和容量衰减与温度之间相互的影响,并总结了风冷、液冷和相变冷却对电池散热效果的优势与不足。分析结果表明,成批电池组的使用导致热量积聚效应,高温促使电池性能衰减严重并可能会引发安全问题;分析得出目前电池主流散热方式为液冷,通过改变液冷散热结构和研发散热介质,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。     

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。     

半柔性路面材料的抗裂性能

为了评价半柔性路面材料的抗裂性能,分析其开裂机理,采用半圆弯曲试验方法评价不同温度、不同母体孔隙率下半柔性路面材料的抗裂性能。试验结果表明,半柔性路面材料的断裂韧度随温度的降低而降低、随着母体沥青混合料空隙率和养护龄期的增加而增大;当环境温度达到沥青的软化点时,半柔性路面材料的断裂韧度大幅度下降。     

大型轮式装载机湿式驱动桥工作热特性分析

采用集总参数法建立了ZL80型轮式装载机湿式后驱动桥的稳态传热网络模型;利用仿真软件对桥箱内机油温度及整体温度场进行仿真,将仿真结果与测试结果进行对比,并对桥箱整体传热、机油温度变化及整体温度场分布进行分析.结果表明:机油温度对环境温度变化很敏感,主传动锥齿轮啮合处和制动器摩擦片处温度相对较高,桥箱散热受桥箱换热面积和平均对流换热系数影响很大;仿真结果与测试结果吻合良好,可用于类似工程车辆驱动桥的热工况研究.     

瑞士研究地热回收系统 循环利用地铁热量供暖

<正>瑞士联邦理工学院(EPFL)目前正在研究一个可以利用和收集地铁系统中产生热量的系统,可有效地将隧道变成大型地热回收系统,为市政供暖系统提供热量。研究人员在研究中精确估算出了能够确定空气中所含热量的系数,称为对流换热系数,它确定了隧道内气流与周围地面之间的换热速率: 拥有较高的对流换热系数意味着较高的热回收潜力。除了对流换热系数外,横截面、壁面粗糙度和空气温度也会影响换热速率,从而影响热回收潜力。目前,科学家们已将他们的研究应用到     

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。