混合动力汽车用电池热管理系统的设计与研究

新能源汽车的发展离不开动力电池,且动力电池的性能及寿命与其工作的温度点密切相关,因此设计合理的热管理控制策略保证其工作在最佳工作温度范围对提高整车动力性及经济性具有重要意义。针对平铺水冷电池包的结构布置方案,通过实时采集的电池与冷却液温度信息,实现对外部散热器与压缩机散热控制,并通过2种极端工况进行路试测试。实验表明,该控制方案能保证电池工作在35～48℃(即最佳温度区间)节约能耗,保证整车动力性与经济性,对新能源汽车电池热管理控制策略设计具有重要参考价值。     

动力电池微细通道散热数值分析研究

动力电池对温度敏感度高,高温散热实现难度较大,尤其是极端环境温度和高倍率放电下。设计了一个微细通道电池液冷散热系统,针对系统进行不同放置方式、环境温度、冷却液入口温度、入口流速的影响研究。发现竖直方式电池组可获得较好的温度分布;环境温度变化对电池组温度变化影响较小;电池组温度与冷却液入口温度基本呈线性变化,冷却液入口流速增加可显著降低电池组最高温度,提高温度均匀性。最后对流道进行尺寸优化,增大高度是较好的优化方案。     

动力电池组复合冷却系统优化及实验研究北大核心CSCD

为解决动力电池组温度过高和不均匀的问题,设计了复合相变材料与液冷结合的复合电池冷却系统,研究不同参数对动力电池复合冷却系统性能的影响。多因素正交设计计算结果显示,冷却液入口温度为20℃,入口流速为3 m/s,通道直径为7 mm时,系统达到最佳的冷却性能。实验结果表明,在常温(25℃)和高温(40℃)环境下,与单一相变冷却系统相比,复合冷却系统具有较好的环境适应性。     

基于遗传算法的电池包高效热管理流道优化

电池包的热管理对于避免过热和热失控等问题至关重要,必须采用主动冷却系统来保持电池的安全温度,提高电池的性能和寿命.液体冷却是一种有效的冷却方法,但是关于结构参数对冷却效果影响的参数化研究仍然缺乏.本文采用了一种基于微通道硅基冷板的液体冷却方法,采用计算流体力学方法建立流-固耦合散热模型.采用拉丁超立方法生成参数组合样本,通过多目标遗传优化方法开发出具有高效散热性能和较低能耗的冷却系统.实验结果表明,优化后的液冷系统能够有效地控制模块的温度低于45℃,单体电池间的温度偏差也可以控制在5℃的小范围内.本研究结果将为电池组件热管理系统的设计和优化提供有效的研究思路,有助于推动电池在实际产品上的应用.     

增压汽油发动机冷却系统Flowmaster模拟分析研究

由于原机型冷却系统管路设计的结构较为复杂,需要对冷却系统管路布置进行重新设计,本文主要针对这种改进后的冷却系统管路设计结构进行计算分析.利用Flowmaster软件建立了发动机冷却系统1D的模拟仿真模型.着重分析计算两种方案的流量、压力分布和流经元件的温度升高等情况.通过分析对比,确定方案1冷却液流量分布更均衡,能满足各元件的冷却需求,采用方案1作为冷却系统的结构改进方案.     

某电动汽车用锂电池散热系统仿真分析与优化

分别利用Hypermesh和Fluent等软件建立某电动汽车锂离子电池组散热系统的仿真模型并进行计算,分析该散热模块及电池组的温度变化。结果表明,冷却通道入口存在明显的高速涡流,在高速流区换热比较明显,但冷却液流动不均匀,电池组及电池单体的温度均匀性较差。对冷板结构进行优化和仿真分析,发现冷却通道进出口处存在的高速流区分布范围较广,每个流场速度分布较均匀,整体换热效果较好,电池组的温差减小,电池组的温度一致性得到明显改善。     

内燃机车散热器的新结构与散热性能分析

提出了一种新型的散热器(强化管带式散热器),并利用FLUENT软件对其和DF7型机车柴油机冷却系统原散热器进行了散热性能三维数值分析和仿真,获得了计算域的速度图、温度图、传热系数和相关结果。且对两种结构进行了散热性能对比分析,得出了结果。     

某汽油机电子水泵的散热分析与研究

采用ANSYS Icepak对某汽油机电子水泵散热性能进行研究,主要分析了水泵控制器中主要发热器件的发热机理并通过公式推导计算其损耗值.在理论计算的基础上对其散热性能进行有限元仿真.通过仿真验证内部冷却流道散热设计在电子水泵中的可行性,仿真结果显示基于内部冷却液流道散热设计的电子水泵可满足其对散热性能的要求.     

关键零部件对发动机冷却系统功耗影响研究

为减少发动机冷却系统总功耗,从冷却液温度的角度,对系统最小总功耗进行理论分析。应用商用仿真软件GT-Cool建立发动机冷却系统一维仿真模型。通过调整节温器位置布置和电子风扇、电子水泵的控制策略,根据GT-Cool软件仿真计算结果,获得使系统总功耗最低的冷却系统优化方案。结果表明,节温器布置在发动机入水口,目标发动机入水口温度为95℃、发动机进出水口温差为7℃时,系统总耗功最低,为378.76k J。     

基于Kuli的某乘用车变速箱冷却系统仿真分析

本文利用流体仿真软件Kuli建立了基于试验参数的某乘用车变速箱冷却系统模型,对该变速箱冷却系统进行了仿真计算,并与试验结果比较,结果显示:变速箱侧扁管数目仿真结果与试验值误差为8.3%;油冷器冷却液流量仿真值与试验值误差为1.5%。这表明:仿真结果与试验数值吻合较好,仿真模型可靠,为乘用车变速箱冷却系统的设计与匹配提供理论依据,并且,通过Kuli软件仿真可以较大提高冷却系统的分析效率,缩短研发周期,节省试验费用。     

锂离子电池热管理技术

电动汽车在应对气候变化和减少碳排放方面显示出了巨大潜力,电池作为电动汽车的动力来源,在性能和安全方面受温度影响很大。一套有效的热管理控制系统能使电池组温度保持在最佳工作范围内,提高整车的续驶里程。主要总结了目前对电池进行散热和保温的主流电池热管理技术——风冷、液冷、相变冷却、热管冷却以及电池加热技术。提出电池热管理技术应往智能化、集成化、与机器学习相结合、能够自适应调节电池生态温度的方向发展,将会有很大的研究空间。     

车用锂离子电池液冷式热管理系统实验研究

锂离子电池组的热管理对电动汽车的性能和安全性具有重要意义。基于多通道蛇形波纹管液冷式热管理系统,以200个18650型锂离子电池组为热管理对象,对电池在各种充放电倍率下所需的冷却液流量、泵功消耗以及热管理收益进行了实验研究。结果表明,热管理系统对动力电池在各种充放电应用条件下都具有较好的热管理效果,电池最大温度和最大温差基本可控制在40℃以下和5℃以内。提高冷却水流速对系统热管理能力的提升具有一定的效果,但是随着流速增大,热管理能力提升的边际效益也更趋明显;而系统运行所消耗的泵功增加导致了热管理收益随冷却水流速增加而大幅降低。从电池的性能安全以及热管理有效性的角度综合考虑,各充放电倍率下热管理系统的冷却水流速都是以保证电池安全和性能指标的最低流速为优。     

Research on heat dissipation performance and flow characteristics of air‐cooled battery pack

With the depletion of fossil fuels and the aggravation of environmental pollution, the research and development speed of electric vehicles has been accelerating, and the thermal management of battery pack has become increasingly important. This paper selects the electric vehicle battery pack with natural air cooling as the study subject, conducts simulation analysis of the heat dissipation performance of battery packs with and without vents. Then this paper researches on the influence of internal flow field and external flow field. Field synergy principle is used to analyze the effect of velocity field and temperature field amplitude. The results show the following: it is found that the maximum temperature rise and the internal maximum temperature difference of the battery pack with vents are reduced by about 23.1% and 19.9%, raising speed value can improve the heat dissipation performance, and raising temperature value can decrease the heat dissipation performance. Reasonable design of the vents can make the inner and outer flow field work synergistically to achieve the best cooling effect. Then the reference basis for the air cooling heat dissipation performance analysis of electric vehicle, battery pack structure arrangement, and air‐inlet and air‐outlet pattern choosing are offered.     

A review on lithium-ion power battery thermal management technologies and thermal safety

Lithium-ion power battery has become one of the main power sources for electric vehicles and hybrid electric vehicles because of superior performance compared with other power sources.In order to ensure the safety and improve the performance,the maximum operating temperature and local temperature difference of batteries must be maintained in an appropriate range.The effect of temperature on the capacity fade and aging are simply investigated.The electrode structure,including electrode thickness,particle size and porosity,are analyzed.It is found that all of them have significant influences on the heat generation of battery.Details of various thermal management technologies,namely air based,phase change material based,heat pipe based and liquid based,are discussed and compared from the perspective of improving the external heat dissipation.The selection of different battery thermal management (BTM) technologies should be based on the cooling demand and applications,and liquid cooling is suggested being the most suitable method for large-scale battery pack charged/discharged at higher C-rate and in high-temperature environment.The thermal safety in the respect of propagation and suppression of thermal runaway is analyzed.     

Lithium battery thermal management system for hybrid vehicles

为研究动力电池组的温度特性以及维持其工作在最佳的温度范围内,以锂离子电池为研究对象,设计了一种新型混合动力汽车的电池热管理系统,利用空调系统和发动机排气系统来调控电池组的温度。建立了锂电池组的三维瞬态产热数值模型,以电池组的三维尺寸和进风口流速为输入参数,以降低电池组的最大温升和提高电池组的温度均匀性为输出参数,利用FLUENT仿真软件和DesignXplorer模块进行联合优化设计了电池组的结构。优化后的电池组的温升比优化前降低了5.39 K,电池组温差降低了6.41 K。分析了恒倍率放电以及对流换热系数对单体电池温升的影响,研究表明：放电倍率越大电池温升越快,放电结束后电池的温度越高,在对流换热系数小于30 W/（m²·K）时,散热效果明显。对电池组在不同条件下加热或者冷却进行了仿真分析,验证了该电池热管理系统的可行性。     

Heat dissipation analysis and optimization of the pure electric bus lithium-ion battery pack based on CFD

针对某纯电动客车电池箱散热效果不佳的问题,本文基于CFD技术以该车的电池箱散热系统为研究对象,建立了估算锂离子电池生热速率数学模型,采用三维软件UG建立电池箱的几何模型,并利用软件Star-ccm+对该模型的速度场和温度场进行仿真和分析。通过添加导流板等措施,对电池箱的结构进行了优化改进,并进行了正交仿真实验,确定了电池箱导流散热的最优方案,结果表明,导流板能够降低电池箱内单体电池的最高温度,使电池组温度分布更加均匀。     

Numerical study on thermal behavior and a liquid cooling strategy for lithium-ion battery

Investigation on the thermal behavior of the lithium-ion battery which includes the temperature response, heat contribution and generation, is of vital importance for their performance and safety. In this study, an electrochemical-thermal cycling model is presented for a 4 Ah 21700 type cylindrical single cell and 3× 3 battery pack and the model is validated by experiment on a single cell. Thermal behavior on a single cell is first analyzed, the results show that the heat generated in the charge is smaller than the discharge, and the polarization heat contributes the most to total heat, especially under higher rate. It can also be concluded from the battery pack that the temperature of the cell inside the battery pack is significantly greater than the external battery, while the temperature difference exists the opposite regular due to the worst heat dissipation of the central cell. Finally, after taking the enhanced liquid cooling strategy, the maximum temperature is 320.6 K that is reduced by 9.38%, and the maximum temperature difference is 4.9 K which is reduced by 69.6% at 2C, meeting the requirements of battery thermal management system.     

Thermal analysis of high‐power lithium‐ion battery packs using flow network approach

High‐power applications of lithium‐ion batteries require efficient thermal management systems. In this work, a lumped capacitance heat transfer model is developed in conjunction with a flow network approach to study performance of a commercial‐size lithium‐ion battery pack, under various design and operating conditions of a thermal management system. In order to assess the battery thermal management system, capabilities of air, silicone oil, and water are examined as three potential coolant fluids. Different flow configurations are considered, and temperature dispersions, cell‐averaged voltage distributions, and parasitic losses due to the fan/pump power demand are calculated. It is found that application of a coolant with an appropriate viscosity and heat capacity, such as water, in conjunction with a flow configuration with more than one inlet will result in uniform temperature and voltage distributions in the battery pack while keeping the power requirement at low, acceptable levels. Simulation results are presented and compared with literature for model validation and to show the superior capability of the proposed battery pack design methodology. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

泡沫金属-PCM-液冷复合方式下动力电池散热分析

电池是电动汽车的核心动力元件,而电池的热管理系统是动力电池发挥最佳工作性能的重要保障,在保证最佳工作性能的同时提升汽车安全性能、电池寿命及能源利用效率。基于21700NCA圆柱型三元锂离子电池,建立以泡沫铝为支撑骨架的电池组系统,在骨架和电池之间的孔隙注入相变材料（PCM）以提高结构内部温度均匀性,在电池底部添加液冷板来强化冷却效果,利用计算流体力学（CFD）仿真技术分析单体电池的耦合散热效果。结果表明,与单一冷却模式相比,使用泡沫金属与相变材料、液体冷却的耦合散热系统,可以达到更加良好的散热效果;对于相变材料,在一定密度范围内,密度越大,对电池系统的冷却效果越好,混合比主要影响相变材料的凝固融化速率。