成组结构对锂离子电池相变热管理性能的影响

发布时间：2021-03-24 04:06

　　基于相变材料的锂离子电池热管理系统相对于基于风冷、液冷、热管的电池热管理系统,具有无外加能耗、结构简单、温度均匀性好等优势。电池排列方式及间距对模组散热性能影响较大,而通过改进成组结构提升相变热管理系统性能的研究较少。基于有限元方法建立电化学-热耦合模型,通过实验验证模型准确性,采用数值模拟方法,对平行、错列、交叉三种电池排列方式及电池间距对相变热管理系统性能的影响进行研究。结果表明,对于矩形圆柱电池模组,平行排列方式相比于非平行排列方式,对相变材料的利用率更高,整体散热效果更好。放电过程中,电池最高温总体呈上升趋势,并存在减速上升过程,电池间距越小,电池最高温越大,越早出现减速上升;电池最大温差呈上升-下降-上升趋势,上升-下降过程中温差、下降幅度与电池间距成正比,再次上升过程中温差与电池间距成反比;平均相变比例从相变起始时间开始上升,电池间距越小,相变起始时间越早,平均相变比例越大。对于矩形圆柱电池相变热管理系统,电池最优间距为4～5 mm。 

【文章来源】：储能科学与技术. 2020,9(05)CSCD

【文章页数】：13 页

【部分图文】：

三种电池排列方式俯视示意图Fig.2Thetopviewofthreebatteryarrangements

ndboundaryconditionsintheelectrochemical-thermalcouplingmodel[20-23]固相电荷守恒液相电荷守恒j=(σ)effsφs-σeffsφsx|x=Lall=iapp-σeffsφsx|x=Lneg,cc+Lneg,x=Lsep+Lneg,cc+Lneg=0j=-σefflφl+2RTσefflF(1-t)+()1+dlnf±dlncllncl(1)(2)(3)(4)项目控制方程及边界条件编号图2三种电池排列方式俯视示意图Fig.2Thetopviewofthreebatteryarrangements图1三维热模型与模型网格示意图Fig.1Thesketchmapofthethermalmodelandthemeshgrids1528

第5期张丹枫等：成组结构对锂离子电池相变热管理性能的影响行排列使得更多相变材料因未达到相变温度，从而无法充分利用，而平行排列下相变材料的最低利用率和总利用率更高。错列排列下最大相变比例最大，交叉排列下次之，平行排列下最小，与系统中心热累积规律一致。当电池间距为3mm时，错列排列下相变材料最大相变比例为1，即部分相变材料完全相变，主要是由于该种排列方式下电池排列更紧密，系统中部热量累积无法及时散失，意味着该工况下潜热无法满足系统降温要求。为了排除潜热不足的影响，表5电池和相变材料的热物理参数[26-27]Table5ThermophysicalparametersofbatteryandPCM[26-27]项目正极负极正极集流体负极集流体隔膜相变材料(固)相变材料(液)热导率/W·m-1·K-11.581.041703980.343.993.6密度/kg·m-32328.51347277089331008.98721652比热容/J·kg-1·K-11269.211437.48753851978.1623402052潜热/J·kg-1—————176460—(a)相变热管理系统(b)热电偶布置图图3热管理系统实物图及热电偶布置示意图Fig.3Thermalmanagementsystemandschematicdiagramofthermocouplearrangement图4放电曲线的实验和模拟结果对比Fig.4Comparisonofexperimentalandsimulationresultsofdischargecurves(a)电池温升(b)相变材料温升图5温升曲线的实验和模拟结果对比Fig.5Comparisonofexperimentalandsimulationresultsoftemperaturerisecurve1531

【参考文献】：
期刊论文
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[2]大容量锂离子电池储能系统的热管理技术现状分析[J]. 钟国彬,王羽平,王超,相佳媛,苏伟,陈建.  储能科学与技术. 2018(02)
[3]相变材料用于锂离子电池热管理系统的研究进展[J]. 凌子夜,方晓明,汪双凤,张正国,刘晓红.  储能科学与技术. 2013(05)



本文编号：3097022