导热硅胶耦合强制对流的电池热管理系统实验与仿真研究
发布时间：2021-01-05 03:47
随着社会的发展,人类面临着环境污染与节能减排的压力。开发新能源汽车是现今能有效解决环境保护与能源的举措。电动车依靠电池提供能源,电池热管理系统可以控制电池维持在合适的温度范围,保障其高效、安全和长寿命使用。强制对流电池热管理系统技术,具有成本低,结构复杂性小,维护方便和系统整体重量较轻等优点。由于导热硅胶具有高导热性,能改善空气导热性差的缺点。因此,本文提出导热硅胶耦合强制对流的电池热管理系统。在本文中,以实验方式测试电池在5 C放电过程的产热温度变化,使用软件MATLAB拟合温度曲线,并计算电池在5 C放电过程中产热速率约为20.39 W。以实验方式,将提出的导热硅胶复合铜网耦合强制对流的电池热管理技术应用于单体电池。增加导热硅胶的厚度,电池的温度逐渐降低,而综合成本和体积占比考虑,1.5 mm厚度的导热硅胶较为合适。提高所耦合的风速的大小,电池的温度逐渐降低,而综合能耗和散热效果考虑,最佳风速为3.5 m/s。改变风机的位置,发现风机置于电池的端侧和面侧对散热效果影响不大,置于面侧略有优势。改变风机数量,双风机的冷却效果要优于单风机的。通过将5 C放电过程的产热速率结合单体电池使用...
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GDP及能源的增长[1]
有效程度进行提高。Park[17]通过使用热阻模型的仿真模拟的方式比较了不同结构管道的入口和出口强制对流情况下对冷却效果的影响（如图 1-2 所示）。他发现采用锥形歧管（如图 1-2（e）所示）的最高温度远低于其他形状。在出口空气管道中引入减压通风可以进一步降低最高温度并改善均温性。此外，当电池产生有害气体时，它依然是有效的。Sun和Dixon[18]也证实了以上的工作，他们设计了一种三维瞬态热模型，用于模拟 “Z 型”电池组的热性能。结果表明，在出口管道处具有孔口的锥形流动管道和冷却板之间的波纹可以大大降低电池温度，并改善温度一致性。Mohammadian 和 Zhang[19]通过将针脚翅片插入气流通道，为方形锂离子电池提出了一种特殊的风冷式电池热管理系统，使得电池的温度场温度更低且温度一致性更高的。之后，他们在流道中嵌入了金属铝多孔泡沫材料，以进一步提高锂离子电池的温度性能。在他们的研究中还研究了不同参数、不同的设计情况的影响，包括针翅片排列、排出速率、入口空气速度和温度、多孔插入物长度以及泡沫金属的渗透性和孔隙率[20-21]。
图 1-3 间接接触式冷却板的结构图[29,33]Fig. 1-3 Structure of indirect-contact cold plate总之，液体冷却电池热管理方式的冷却效果确实是更为出众的。但与空气冷却电池热管理系统相比，它不仅增加更多的重量，而且大幅度提高了结构的复杂性。此外，液体冷却系统在工程应用中还存在着冷却剂泄露、成本较高等问题。（3） 相变材料电池热管理系统技术空气强制对流冷却方式和液体冷却方式的电池热管理系统，是以对流的方式来讲电池所产生的热量进行传递。同时冷却介质的循环需要设置管道，阀门，风扇或泵等结构，从而严重增加了电池热管理系统设计的复杂程度。因此，在过去几年中，科研人员发现利用物质的相变过程中利用其潜热的被动冷却方法，可以有效冷却电池组的温度。众所周知，物质分为三个相态：固相，液相和气相。当物质从固相形态转变为液相形态，或从液相形态转变为气相形态时，会吸收大量热量，反之亦然。这种现象可用于增强散热能力，提高对电池所产生的热量散失的效率。
本文编号：2957961
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GDP及能源的增长[1]
有效程度进行提高。Park[17]通过使用热阻模型的仿真模拟的方式比较了不同结构管道的入口和出口强制对流情况下对冷却效果的影响（如图 1-2 所示）。他发现采用锥形歧管（如图 1-2（e）所示）的最高温度远低于其他形状。在出口空气管道中引入减压通风可以进一步降低最高温度并改善均温性。此外，当电池产生有害气体时，它依然是有效的。Sun和Dixon[18]也证实了以上的工作，他们设计了一种三维瞬态热模型，用于模拟 “Z 型”电池组的热性能。结果表明，在出口管道处具有孔口的锥形流动管道和冷却板之间的波纹可以大大降低电池温度，并改善温度一致性。Mohammadian 和 Zhang[19]通过将针脚翅片插入气流通道，为方形锂离子电池提出了一种特殊的风冷式电池热管理系统，使得电池的温度场温度更低且温度一致性更高的。之后，他们在流道中嵌入了金属铝多孔泡沫材料，以进一步提高锂离子电池的温度性能。在他们的研究中还研究了不同参数、不同的设计情况的影响，包括针翅片排列、排出速率、入口空气速度和温度、多孔插入物长度以及泡沫金属的渗透性和孔隙率[20-21]。
图 1-3 间接接触式冷却板的结构图[29,33]Fig. 1-3 Structure of indirect-contact cold plate总之，液体冷却电池热管理方式的冷却效果确实是更为出众的。但与空气冷却电池热管理系统相比，它不仅增加更多的重量，而且大幅度提高了结构的复杂性。此外，液体冷却系统在工程应用中还存在着冷却剂泄露、成本较高等问题。（3） 相变材料电池热管理系统技术空气强制对流冷却方式和液体冷却方式的电池热管理系统，是以对流的方式来讲电池所产生的热量进行传递。同时冷却介质的循环需要设置管道，阀门，风扇或泵等结构，从而严重增加了电池热管理系统设计的复杂程度。因此，在过去几年中，科研人员发现利用物质的相变过程中利用其潜热的被动冷却方法，可以有效冷却电池组的温度。众所周知，物质分为三个相态：固相，液相和气相。当物质从固相形态转变为液相形态，或从液相形态转变为气相形态时，会吸收大量热量，反之亦然。这种现象可用于增强散热能力，提高对电池所产生的热量散失的效率。
本文编号：2957961
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