方形LPF动力电池在内短路下的热效应分析

为分析对流换热系数、热辐射、外壳厚度及导热系数对磷酸铁锂(LPF)动力电池散热能力的影响,以60 Ah方形LPF动力电池为研究对象,建立穿刺实验情况下的电池生热模型,确定模型中的有关参数,建立有限元仿真模型并利用Ansys软件定量地计算温度场。结果表明:提高电池表面对流换热系数和导热系数,可显著提高电池散热能力,热辐射和外壳厚度对电池散热有影响,其中,外壳厚度如何影响电池内部温度场需综合其他因素分析。     

基于密胺吸附型相变材料的散热性能优化研究

锂离子电池具有循环寿命长、安全性能好、自放电量小等优点,被广泛应用于电动汽车及储能等领域.然而,由于电池组间的散热和温度不一致,热失控事故时有发生.通过制备密胺吸附型复合相变材料并将其应用在电池模组中进行热管理,结合SolidWorks和Comsol软件,分析了不同厚度、不同导热系数下相变材料对单体电池和电池模组温度分布规律的影响;并建立了密胺吸附型相变材料的电池散热模型,采用实验与模拟相结合的方法优化其散热性能.研究结果表明,当锂电池以5 C放电时,相变材料层的厚度应大于2.5 mm,电池模组的温度可控制在43℃以内;当相变材料的导热系数提高到2.5 W/(m·K)时,电池模组最大温差减小到1.2℃.综上可知,本研究所开发的密胺吸附型复合相变材料作为被动热管理技术展现出良好的控温效果,在电动汽车及储能领域具有重要的应用价值.     

锂离子动力电池的三维热模型

研究了圆柱形、方形和软包三种不同结构设计以及放电倍率和换热系数对锂离子动力电池温度场分布的影响。结果表明,电池正极极柱和边缘温度最低的结构设计是软包,其次是圆柱形,温度最高的是方形;随着放电倍率的增大,电池各部分的温度均不断增大,放电倍率越大,温升速率越快,尤其是在大倍率放电情况下,温度几乎呈直线增加;增大对流换热系数,电池最高温度处(铝极耳)温度逐渐下降,中心处温度变化更为明显,但增大对流换热并不能无限制地降低电池温度。     

基于复合相变材料的电池包热管理研究

有机类相变材料导热系数普遍低,制约了其在电池热管理中的应用,通过与高导热率的材料复合能有效改善相变材料的导热性能.为明晰复合相变材料的材料属性对电池包温度分布、温升速率、温度一致性等温度特性的影响,建立了单体电池产热模型和相变材料相变模型,并通过理论计算得出复合相变材料的热物性参数.以此为基础模拟电池组在环境温度40℃、3 C恒流放电恶劣工况下的散热,分析导热填料种类及其质量分数对冷却效果的影响.结果表明:在相变热管理下,电池组最高温度能维持在50℃以内,电池表面最大温差能维持在1℃以内.     

基于Mxene/石蜡CPCM的锂电池热管理系统

为了确保锂离子电池的安全稳定运行,可靠的电池热管理系统(BTMS)在处理电池热相关问题和确保动力电池的性能、安全以及寿命方面都起着不可或缺的作用。相变材料冷却结构简单、冷却效率高,具有较好的温度平衡性能,而新型纳米材料Mxene的导热系数高达55.8 W/(m·K),因此首次将Mxene和石蜡结合构建复合相变材料(CPCM),在方形锂离子电池组基础上建立了以Mxene/石蜡为CPCM的电池热管理系统,研究Mxene的质量分数对电池组温度分布的影响,并进一步对电池组仿真模型进行研究,探讨电池间距、环境温度和对流传热系数对电池组散热性能的影响。研究表明：当石蜡和Mxene质量比为1∶1,X轴和Y轴方向电池组的间距分别为20和10 mm,环境温度控制在34℃之内,对流传热系数为4 W/(m·K)时,该电池组的散热效果最好。     

微型管道与相变材料结合的锂离子电池热管理

针对电动车辆锂离子电池在放电过程中温度过高的问题,设计了不同的锂离子电池液冷板,研究微型管道数以及冷却液流量对锂离子电池温度分布的影响.同时采用微型管道和PCM相变材料相结合的方式来控制电池的温差,研究PCM的相变温度以及热导率对锂离子电池温度分布一致性的影响.结果表明:增加微型管道数和冷却液流量可以降低电池表面最高温...     

新型套管式相变蓄热器结构优化及传热研究

针对相变材料导热系数小而影响相变蓄热器换热效率的问题,对蓄热器结构进行改进,提出应用三角形直列、同心圆排列、正方形直列和正方形错列4种不同的换热管束排布方式对相变蓄热器的结构性能进行优化及数值模拟。模拟结果表明:换热管束采用正方形直列和正方形错列排布的蓄热器内相变材料熔化所需时间基本相同,同心圆排列所需的融化时间最短;换热管束采用三角形直列排布、正方形直列和正方形错列3种排布方式的蓄热器在蓄热后期会出现死区,与同心圆排列方式相比,其相变材料熔化所需时间分别增加了57.20%、26.47%和26.48%。     

钛酸锂方形软包锂电池冷却效果研究

为了研究不同相变材料对大容量锂电池的冷却效用,同时研究不同电池表面相变材料裹覆面积和不同级别放电倍率条件下电池模块的冷却速度,以相变温度各不相同的三种固态相变材料为研究对象,对锂电池进行包裹并对电池放电后的冷却过程进行定位.最后,采取相变材料与微通道铝扁管协同作用的方法来加快电池的冷却进程,实验结果表明通过该方法能够获取更好的冷却效果,具有较高的推广应用价值.     

相变储能高温换热器的数学模型和仿真分析

在各种储热技术中,相变储能因储热密度高,储/释热温度基本稳定等优点而成为目前研究的热点。利用相变材料在发生相变时有很高的潜热释放或吸收的特点,将相变材料作为储热介质用于相变储能换热器中,可以大大地提高热储存的容量。但是,相变换热过程因为涉及到相变界面的非线性变化,对于其模拟计算难度很大。采用经典传热的方法建立数学模型,采用潜热容显热法对相变过程进行简化,采用数值分析的差分方法对其过程进行求解,进而可得到相变材料以及换热介质空气的温度变化规律。通过本模型的设计研究,为相变储热换热装置的快速求解提供一种方法。     

液态金属电池的温度特性

作为一类高温电池,液态金属电池的工作温度在300℃~700℃之间,工作温度对于电池性能具有重要影响。该文探究了工作温度对液态金属电池开路电压、充放电性能和电池内阻的影响。首先,建立双极化等效电路模型;运用静置法得到不同工作温度下的开路电压,并通过吉布斯—亥姆霍兹方程和能斯特方程计算相关电化学—热力学参数;运用电池循环测试得到不同工作温度下的循环性能指标;利用脉冲测试数据辨识不同工作温度下的内阻参数,从电池反应界面演变、电极反应、传质过程等方面分析工作温度和荷电状态对内阻的影响;仿真结果表明,考虑温度特性的双极化模型的相对电压误差在±0.03V以内,能较好地反映液态金属电池的动态特性。     

先进太阳能热动力发电系统热管吸热器空穴热性能分析

通过对先进太阳能热动力发电系统单元热管吸热器进行研究,建立了相应的数学模型,给出了数值解法,运用计算流体力学软件对其进行了数值计算,得出单元管上蓄热容器的温度场,对其空穴热性能进行了分析,并将计算结果同国外相关实验结果进行了比较。计算结果表明,日照期内,靠近容器两侧壁的PCM（phase change material）首先熔化,并逐渐沿轴向向内推进,由于空穴热阻远大于容器侧壁热阻,因此容器侧壁在整个PCM容器的换热过程中发挥了重要作用;阴影期内,容器中的温度分布都是从中心到外部降低,空穴的存在使得容器的蓄热能力降低,有空穴时容器各处的温度较低。空穴的存在影响着PCM相变的进程,PCM区温度梯度有空穴较无空穴时显著得多,可能导致该处热应力过大,从而降低其使用寿命。     

组合式相变材料吸热器热性能研究

针对NASA 2kW高温相变吸热器采用单-熔点的相变材料出现的问题，提出了由3种相变温度不同的相变材料组成的组合PCM吸热器模型，建立了相应的物理模型，给出了数值求解方法，计算了换热管最大温度、工质出口温度、换热管总PCM熔化率等结果。并与单一PCM换热管吸热器进行了比较分析，说明采用组合PCM换热管可以很好地提高吸热器的性能，减少工质温度被动、减少吸热器质量。计算结果可用于指导吸热器的设计。     

半导体制冷-相变材料保温的电池组热管理

为提高户外基站备用电池组的工作性能、延长使用寿命,需要进行冷却和保温。将半导体制冷(TEC)与相变材料(PCM)保温相结合,对基站用48 V铅酸电池组进行热管理。模拟分析TEC的布置、制冷功率和环境温度对冷却保温效果的影响。TEC设置在电池组前后两侧、制冷功率为170 W时,可降低电池的温度、提高冷却阶段电池组温度场的一致性、延长保温时间。电池组经过连续的冷却保温过程,仍处于最佳工作温度范围,电池充放电时的最高温度可得到抑制。     

太阳能热动力系统单元热管吸热器建模与仿真

通过对太阳能热动力系统单元热管吸热器进行研究,建立了相应的数学模型,给出了数值解法,运用计算流体力学软件Fluent6．1对其进行了仿真,并把仿真结果同实验结果和基本型吸热器进行了对比。仿真结果表明,热管吸热器中热管高效、均匀的传热性能大大缩小了热管和蓄热容器壁温的波动范围,从而提高了吸热器工作的稳定性和可靠性;热管吸热器提高了PCM(相变蓄热材料)利用率,从而减轻了系统的质量;热管吸热器各蓄热容器内的PCM都能同步、均匀的熔化,从而避免热斑现象;热管吸热器各蓄热容器内的PCM能够同时凝固,从而避免热松脱现象。     

用于寒区心墙冬季施工的相变黏土热学性能研究

寒区土石坝心墙土料冬季施工经常会受到冻融问题的困扰,而常规保温措施会干扰施工过程,且施工有效时间较短。相变黏土可在不干扰正常施工的条件下防止心墙土料发生表层冻结,从而延长寒区土石坝冬季施工时间。在相变黏土的防渗、强度等性能符合心墙功能的前提下,本文对其热学性能进行研究,分析了相变材料（phase change material, PCM）掺量对其热学参数的影响机制,建立了潜热、导热系数和比热的均质化等效模型,并将其用于寒区冬季施工条件下的控温性能数值模拟,以验证相变黏土控温效果的有效性。结果表明：相变黏土的潜热主要受PCM掺量与结晶度控制;其导热系数和比热随PCM掺量的增加而减小;通过相变传热模型可以有效模拟控温过程,从而为进一步分析相变黏土的控温效果提供依据。     

锂离子电池放电过程瞬态生热特性分析

为探索纯电动汽车用锂离子电池在放电过程中的瞬态热特性,通过试验测试得到不同温度下的内阻和不同放电倍率下的温升曲线,计算出不同放电倍率下的瞬时生热率;根据0.5C放电倍率下的瞬时生热率和内阻生热率,求出熵热(可逆反应热)系数变化曲线,分析锂离子电池熵热特性对瞬态生热特性的影响。分析结果表明:锂离子电池的瞬态热特性主要受电池内阻热和熵热(可逆反应热)的瞬态特性影响;熵热是影响电池放电过程中温度波动的主要因素,在放电中期会出现由相变反应引起的吸热现象;在小倍率放电过程中,熵热对电池温度场的影响大于内阻热,而在大倍率中则相反。通过分析,可以为电池瞬态生热模型的建立与完善提供依据。     

循环流化床辐射传热模型

循环流化床中,炉膛壁面与床中的传热源自辐射,颗粒相对流和气相对流3部分,有关固体颗粒相传热系数的计算,研究人员主要提出了单颗颗粒模型,颗粒团更新模型和连续膜模型,但关于辐射传热系数的计算则比较简单,在这些模型中,有关辐射传热部分均采用经验或半经验公式,在辐射传热机理上探索尚欠不足,文中根据循环流化床密相区和稀相区的特性,分析其中的传热特点,特别是对循环流化床稀相区部分的颗粒团和对壁面的传热系数计算采用辐射双通量模型进行分析,从传热机理上建立了完整的循环流化床辐射传热模型,有助于了解循环流化床锅炉中的辐射传热机理和规律,模型计算结果与某电厂165MWe循环流化床锅炉相应工况条件下的实际运行数据相比,符合较好。     

用相变材料降低大体积混凝土内部温升的研究

为了探讨预填埋相变材料(PCM)对降低混凝土内部温升的效果和影响趋势,采用半绝热测温装置研究了在不同PCM填埋量下,水泥净浆、砂浆、混凝土内部温度的变化;根据PCM在不同温度阶段的吸热特点,推导了混凝土最高绝热温升、温升降低幅度与PCM填埋量和相变性能的关系表达式.研究结果表明:PCM的填埋量越大,混凝土内部温峰降低幅度越大,温峰出现时间越迟.单位混凝土中水泥用量越高,相应填埋比例的PCM对内部温升的降低幅度越大;混凝土中水泥用量为100～400kg/m~3,PCM预填埋量为水泥重量的10%时.混凝土绝热温升降低0.87～6.17℃,降低幅度为5.0%～8.9%.     

Thermal behavior of small lithium‐ion secondary battery during rapid charge and discharge cycles

The secondary batteries for an electric vehicle (EV) generate much heat during rapid charge and discharge cycles above the rated condition, when the EV starts quickly consuming the battery power and stops suddenly recovering the inertia energy. During rapid charge and discharge cycles, the cell temperature rises significantly and may exceed the allowable temperature. We calculated the temperature rise of a small lithium‐ion secondary battery during rapid charge and discharge cycles using our battery thermal behavior model, and confirmed its validity during discharge cycle at current smaller than the discharge rate of 1C. The heat source factors were measured by the methods described in our previous study, because the present batteries have been improved in their performance and have low overpotential resistance. The battery heat capacity was measured by a twin‐type heat conduction calorimeter, and determined to be a linear function of temperature. Further, the heat transfer coefficient was measured again precisely by the method described in our previous study, and was arranged as a function of cell and ambient temperatures. The calculated temperature by our battery thermal behavior model using these measured data agrees well with the cell temperature measured by thermocouple. Therefore, we can confirm the validity of this model again during rapid charge and discharge cycles. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 157(3): 17–25, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20249 Copyright © 2006 Wiley Periodicals, Inc.     

ER48660型锂/亚硫酰氯电池热分析

锂/亚硫酰氯电池放电时发热问题不仅影响锂/亚硫酰氯电池的性能和使用寿命,也存在严重的安全隐患[1]。利用FLUENT 6.2软件对ER48660型锂/亚硫酰氯电池工作时内部温度随时间的变化关系和温度分布情况进行计算机仿真分析,并讨论了不同放电电流和表面传热系数对ER48660型锂/亚硫酰氯电池内部温度随时间的变化关系和温度分布情况的影响。结果表明,不同放电电流和表面传热系数对电池内部温度随时间的变化关系和温度场分布具有明显影响。