基于相变材料的动力电池热管理数值模拟

锂离子动力电池经过多次充放电循环后,不可避免出现老化现象,单体电池局部温差增大,成组效应更加明显.本文建立了非均匀产热动力电池组三维模型,采用数值模拟的方法,模拟分析了基于相变材料的圆柱形LiFePO_4动力电池模块(4×6)的降温与均温性能。结果表明,相比没有填充PCM情况,填充PCM后,最高温度随时间呈现先明显增加后逐渐平缓的趋势,放电结束时明显降低,但随着导热系数的增加,最高温度降低不明显。在单体电池固有较大温差情况下,采用StyleⅠ方式排列电池正负极,降低相变温度和增加导热系数均难很好地控制电池模块温度均匀性。对于正负极出现产热不均匀的老化电池组,采用styleⅡ或styleⅢ排列方式是必要的。     

锂电池液冷结构设计与仿真分析

锂离子电池近年来被广泛应用于电动汽车之中,其对温度具有很高的灵敏度,温度过高会使得电池组电化学性能严重下降。采用双进双出的微通道液冷板换热器对电池进行热管理,为了优化液冷板的冷却性能分析了入口Re数、冷却液温度、流道宽度和流道进出口位置对电池组热性能的影响。结果表明,在单体电池以3C电流倍率放电时该结构能够有效地将电池组温差控制在5℃以内。增大入口Re数、流道宽度对电池组温度变化影响较小;改变流道宽度与进出口位置能够有效改善电池组的温度均匀性。     

超导可控电抗器低温系统冷却管道设计

35k V超导可控电抗器工作在70K温区和交流工况下时,由于交流损耗和杜瓦漏热等因素影响,超导双饼端部及杜瓦内壁会产生温升,引起局部失超。文中对超导可控电抗器使用低温过冷液氮冷却进行了分析,调节冷却液流量,改变冷却管道分布和冷却液入口温度,进行了冷却效果的对比分析。仿真结果表明,增大冷却液流量、均匀分布冷却管道和降低冷却液入口温度能够降低杜瓦内温升。     

基于FLUENT的液氮相变传热的数值模拟

为了给枪械中液氮相变容器结构的设计提供参考,文中采用FLUENT中mixture混合模型,通过UDF实现了密闭容器中液氮相变传热的数值模拟,分析了不同温度、传热面积和长径比对容器中压强和氮气体积分数的影响。根据数值模拟可知,随着温度和传热面积的增加,容器中压强和氮气体积分数都增大;随长径比的增大,容器中压强增大,而氮气体积分数减小。     

无水乙醇脉动热管相变蓄放热器放热实验分析

为研究脉动热管在相变蓄放热装置中对放热的强化,设计了一套脉动热管相变蓄放热装置,搭建了试验台。以无水乙醇作为充注工质,充注率为0.5,相变材料采用Ba(OH)_2·8H_2O(八水氢氧化钡),质量4.5 kg,热循环采用底部加热顶部冷却,设定几组工况进行对比实验,发现放热过程中脉动热管的作用非常显著,实验工况下总放热时间由13495 s减小到12665 s,总放热时间减少了830 s,相变潜热放热时间由7300 s减小到5330s相变潜热放热时间减少了1970s,减幅达到27%,冷却水最高温度升高了4℃;发现冷却水初始温度越低潜热放热时间和总放热时间越少,水槽内冷却水最终温度也越低,但冷却水温度不宜过高或者过低,本装置冷却水最佳温度范围为15～20℃;实验中发现增大冷却水流量,总放热时间和相变潜热放热时间都只会微弱减小,冷却流体流量对放热过程影响不大,建议冷却流体的流量为0.1m~3/h。     

液冷辅助热管动力电池热管理性能研究

电池的冷却系统是电动汽车电池发展的重要研究课题。基于夹层结构的热管冷却系统来测量锂电池在25℃环境温度和3C放电倍率下的表面温度。文章分析了自然对流、热管和液冷辅助热管冷却方式,通过对比锂电池表面T_max来比较冷却系统的性能,与自然冷却相比,热管和液冷辅助热管冷却系统的最高电池温度分别降低了8.21%和30.09%,实验结果表明液冷辅助热管的冷却系统在较高热负荷下是有效的。20、30和40 L/h的水流循环能够将T_max平均减少31.74%,实验结果表明该冷却系统的冷却性能会分别随着冷却液流量的加快和冷却液温度的降低而提高。     

基于相变冷却的大功率二极管激光器技术

 设计了一种基于相变冷却方式工作的大功率二极管激光器,该激光器的散热器是基于节流式喷射微槽道相变冷却的原理,使冷却液在微槽中的气化率达到了70%,大幅度提高了冷却效果,减小了冷却液流量,在同样制冷功率条件下,冷却液流量仅为水冷方式的1/10。利用相变冷却器进行了背冷式半导体激光器叠阵封装工艺的研究,采用复合热沉与AuSn硬焊料结合的新型封装工艺,完成了准连续3 kW叠阵的封装。实验测试表明,单元叠阵的输出功率达到3.01 kW,占空比10%,封装间距为1.3 mm,光谱宽度小于3.5 nm。最大功率输出时所需R134a冷却液的流量仅为110 mL/min。     

脉冲功率3 kW二极管激光器叠阵的相变冷却

针对二极管激光器叠阵的高效散热冷却开展了研究,设计了基于R134a制冷剂的相变冷却系统和以节流式微通道相变冷却方式工作的冷却器,完成了脉冲功率3 kW叠阵的封装,并分析了制冷剂在热沉进出口的温度对叠阵出光波长的影响。实验测试结果表明:在20%的高占空比下,电流197 A时叠阵的输出功率达到3 030 W,插座效率为39%,光谱宽度小于3.8 nm,冷却器内R134a的气化率约为50%。制冷剂R134a的流量为0.60 L/min,仅为水系统的1/5,大幅减小了冷却液流量和热管理系统的体积。     

R134a喷射冲击相变制冷的数值模拟及结构优化

为分析R134a喷射冲击相变制冷的传热效果,以数值模拟为基础,采用计算流体力学的思路,通过控制变量的方法,研究各个物理因素对冷却效果的影响。流道长度L为定值,分析变量为流道高度C,喷嘴宽度W,喉部宽度D1,喷射出口宽度D2,喷嘴高度H,液相与气相的体积分数比ω。结果表明:热表面的冷却效果随流道高度和喷嘴宽度的增大而减小,随液相与气相的体积分数比ω的增大而增大;而在止滞点附近的冷却效果随喉部宽度和喷嘴高度的减小而增大,在流道出口附近随喉部宽度和喷嘴高度的增大而增大。在止滞点处,冷却效果最佳的结构模型为:C/L为0.02,W/L为0.05,D1/L为0.01,D2/L为0.015,H/L为0.03。     

柔性相变材料对铅酸电池组的高低温性能强化

针对铅酸电池组在高低温环境下性能衰减的问题,制备出相变温度为39.6℃,相变潜热为143.5 J/g的柔性相变材料(PCM),搭建了相变热管理系统,研究PCM对电池组的高低温充放电特性的影响。在-10℃充放电时,PCM可大幅提升电池组的温度,将部分测点温度提升至0℃以上。在40℃高温下,PCM可在充放电过程中显著降低电池组的温度,温度降幅最高为2.9℃。结果表明：PCM可降低高低温下电池的过放过充容量,柔性相变材料可显著提升电池组在高低温环境中的热特性和电特性。