面向锂离子电池散热的歧管式微通道热沉设计及性能研究

发布时间：2020-07-20 19:24

【摘要】：锂离子电池作为电动汽车理想的动力电源,高热量密度是制约其发展的瓶颈,在此背景下,利用微通道热沉来辅助散热是一个合适的方法。针对锂离子电池在工作过程中的产热问题,本文设计了一种高深宽比的歧管式微通道热沉,利用数值模拟与实验相结合的方法来研究热沉对电池的散热性能和压降特性。本文的主要研究内容如下:(1)阐述了电池的主要性能指标,分析电池的内阻特性,确定了后续实验的环境温度应控制在常温或高温范围,且电池荷电状态应保持在20%以上。分析了电池的产热机理并建立了传热模型,通过实验测试的方法得到电池的等效定压比热容、不同放电倍率下的发热功率和电池在x、y、z方向的导热系数。(2)设计了高深宽比的歧管式微通道热沉,利用Fluent来研究歧管式微通道热沉的流体流动及对电池的散热性能。(3)搭建了微通道热沉性能测试平台,与传统微通道热沉进行实验对比,并提出了温度均匀评估系数的指标。实验结果表明:传统和歧管式微通道热沉都能满足电池的散热要求,且传统微通道热沉的散热性能略好于歧管式微通道热沉,但会使电池表面的温度分布变得更不均匀,而且总压降始终比歧管式微通道热沉的大,为了节省泵功率,选择歧管式微通道热沉来散热会更有优势。(4)通过实验测试进一步研究了影响歧管式微通道热沉性能的关键因素,结果表明:电池表面中心的温度最高,随着入口流量的增加,放电结束时,电池表面的最大温度逐渐减小,且减小的趋势变缓,但压降增加的趋势变大,因此入口流量取60ml/min比较合适;电池的放电倍率越大,表面的温度分布越不均匀;四种深宽比的热沉都能满足电池的散热要求,但仍然存在微通道的深宽比越大,散热性能越好的规律,而且深宽比越大,电池表面的温度分布会越不均匀,压降也会越大。最后将仿真结果与实验结果进行对比,验证了仿真结果的可靠性。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72
【图文】：

微通道,热沉,效应

图 1-3 微通道热沉度效应机理研究沉的研究与常规尺度热沉的研究相比存在着明显的差异，主度效应作用，包括以下三种效应：效应中的流体为电解质溶液时，固体壁面的静电荷会吸引流体中处静电荷重新排列并形成平衡电场，这就是双电层效应，如图松-玻尔兹曼方程和纳维-斯托克斯方程，提出了双电层效应分析的方法表明了微通道的性能会受到双电层效应的影响。

微通道,制氢

图 1-5 弯曲分支型微通道研究中，我们设计了两种横截面的微通道[39]，如图 1-6 所示，列方式对甲醇蒸汽重整制氢反应的影响。研究表明，微通道的制氢反应的影响比微通道横截面的影响大。对于矩形截面的微rse-distribution in the Left direction and Dense-distribution LDR)和左右方向均匀排列(Equal-distribution in the Left-Right di现出更好的反应性能；而对于齿形截面的微通道，左ibution in the Left direction and Sparse-distribution in the Right dir排列(Equal-distribution in the Upside-Underside direction，EUU)应性能。在研究的微通道中，ELR 的排列方式更有利于甲醇蒸矩形微通道齿形微通道

深宽比,歧管,阵列,实物

第三章传统和歧管式微通道热沉设计与制造由于设计过程中考虑到了不同深宽比阵列的拆装更换问题，在微通道深宽比的对比实验中，只需要更换歧管式微通道热沉内部的阵列及挡板。四种阵列的微通道深宽比从大到小依次是：MMC-w0.4>MMC-w0.45>MMC-w0.5>MMC-w0.55，四种阵列的实物如图 3-17 所示。(a) MMC-w0.5(基准模型) (b) MMC-w0.4

【参考文献】