基于浸没式液冷的锂电池热管理研究进展

电池热管理系统对电动汽车的安全性至关重要。随着电池能量密度和放电功率的提高,传统散热方案已无法满足当前电池散热的要求。浸没式液冷电池热管理系统作为电动汽车动力电池组和动力系统的高效热管理解决方案之一,正受到越来越多的关注。本文综述了目前锂离子电池浸没式液冷技术,包括单相浸没式液冷和两相浸没式液冷;探讨了冷却液种类、排布方式、流速、压力等因素对系统性能的影响及浸没式液冷效率的评价方法。同时,分析了目前浸没式液冷技术在电池热管理中的行业趋势。最后,对于浸没式液冷在锂电池热管理中的应用进行了展望,为开发更高功率、更安全和更持久的电动汽车提供参考。

某相控阵雷达分布式液冷系统设计研究

天线阵面是有源相控阵雷达的核心,液冷机组作为一种为电子设备提供特定温度冷却液的装置,目前在雷达天线阵面电子设备的冷却方面得到了广泛的应用。基于机动式雷达的高热耗、高重量指标要求、高可靠性及苛刻的环境适应要求,研制了风冷型100kW液冷机组。采用液冷机组与天线阵面协同设计技术,将液冷机组分5个单元布置在有源阵面的中块骨架上,实现了液冷机组与天线阵的集成设计,使液冷机组重量减少54%、体积减小65%、成本降低30%。同时该液冷机组在防风沙及防盐雾环境适应性设计、管路穿舱密封设计等方面进行了关键技术攻关,对后续高集成液冷机组设计提供了借鉴。

面向液冷降温技术的光模块技术研究

随着数据中心和通信机房中的能耗逐年增高,风冷散热难以满足其对PUE控制目标的要求,因此数据中心和通信机房中的服务器、通信设备有必要采用液冷技术进行散热节能,以降低PUE、控制设备的温度,同时提高设备的性能和可靠性。光模块是数据中心和通信机房网络通信设备的核心配件之一。分析了数据中心和通信机房应用浸没式和喷淋式液冷系统对光模块产生的影响,针对光模块是否需要改进封装方式的问题,对液冷光模块有效的封装方式、密封技术、技术要求以及对应的测试方法等方面开展研究和分析,并提出技术展望。

动力电池槽肋流道液冷板冷却性能研究

液冷式电池热管理系统中的液冷板是有效控制电池温度的关键部件。在液冷板流道内布置离散、倾斜和交替排列的槽肋,以此为原型对液冷板建模和热仿真。仿真时探讨了槽肋朝向形状、槽肋行和列的数目、入口流速和放电倍率等条件对温控效果的影响。结果表明:呈波浪形槽肋的液冷板的综合性能和均温性较好;槽肋行5列7的液冷板均温效果较佳。相比于传统直流道液冷板,新型液冷板散热性能得到了提升。

基于可逆循环的电池变截面通道液冷仿真研究

以280 Ah方形磷酸铁锂电池为研究对象,设计了符合大容量电池组产热特点的变截面对称型流道液冷板,建立了锂离子电池组液冷仿真模型,采用可逆循环的液冷冷却方式,研究了电池组在不同冷却方式下的冷却效果及冷却液入口温度、可逆循环的转向发生时间对电池组散热性能的影响。结果表明:变截面对称型流道有助于提高位于电池组中心位置电池的散热性能,平衡由于位置不同引起的温度不均匀性;液冷板内的冷却液采用双向可逆循环方式比仅有自然对流条件下的电池组表面最高温度降低了17.8℃;研究提出的液冷板结构中,冷却液入口温度主要影响电池组表面的最高温度,而可逆循环的转向时间主要影响电池组的温度均匀性。

液冷服务器在数据中心的应用研究

风冷服务器使用空气作为换热介质进行散热,制冷效率较低。同时,单芯片算力密度的增加和AI服务器的出现使得风冷散热逐渐成为瓶颈。液冷服务器使用工质水或者氟化液等液体作为换热介质,相同流量的液体相比空气散热能力有大幅提升,能够有效解决大功耗芯片和设备的散热问题,同时降低PUE值,逐步成为一种数据中心制冷新型解决方案。本文介绍了液冷技术的优势,分析了不同的液冷技术路线,提出了冷板式液冷服务器的技术要求和对机房环境的要求,为在数据中心部署液冷服务器提供了实践指导。

一种高密度浸没式液冷机柜模块构想

本文在描述数据中心冷板式液冷、浸没式液冷和喷淋式液冷3种液冷技术原理基础上,对比分析3种方式优缺点,阐述冷板式液冷主流地位,以及未来浸没式液冷高潜力、次主流发展趋势。同时,以浸没式液冷空间优势为研究对象,创新性地提出一种高密度浸没式液冷机柜模块,并详细介绍该模块的建设方案和部署方式,以及顺应未来新型数据中心发展需求的高能力。

基于液冷管理技术的储能电池系统研究现状

[目的]储能电池对温度敏感,需要精确的电池管理系统以保持电池组的最佳工作温度范围和温度的均一性,进而提高电池系统的性能和使用寿命,因此,对基于液冷管理技术的储能电池系统进行研究具有重要意义。[方法]通过分析温度对电池性能的影响,介绍了各种电池热管理技术,并从间接接触、直接接触两方面综述了液冷管理技术的研究现状,对比了两种冷却方式的优缺点。[结果]间接液冷的优化主要集中在冷却系统的流道结构、夹套、冷板和冷却介质的改进,直接液冷的研究重点在于冷却介质的优化。[结论]研究结果可为开发基于液冷管理技术的储能电站提供技术指导。

液冷充电系统及液冷电缆的研究设计

文中研究了液冷充电桩电缆的结构和材料选择,分析了冷却液介质、液冷充电系统及液冷充电枪的关键性能。试验对比了“水浸铜”式液冷充电桩电缆和“铜包水”式液冷充电桩电缆在不同载流量下的导体温升,并对结果进行了分析。结果表明,相同功率条件下,“水浸铜”式液冷充电桩电缆比“铜包水”式液冷充电桩电缆的温升更低,冷却效果更好。

动力电池液冷系统设计及其场协同优化

主要针对纯电动汽车动力电池液冷系统参数进行设计及优化,建立电池组散热模型,对其在不同参数下放电过程中的热分布进行仿真。在热流协同性和冷却效果方面,运用场协同原理对冷却管道中的各个参数进行分析。仿真结果表明,冷却液初始温度、流速和入口分布均会对液冷系统冷却性能产生影响。根据条件设置,冷却液初始温度为15℃与流速为2L/min的液冷系统可有效提高电池组的冷却效果;冷却通道入口为3个时期冷却效果最佳,电池组温差为最小。

相变材料和液冷结合的锂离子电池热管理性能优化

相变材料因其良好的控温能力在电池热管理中得到了广泛的研究,但在高温环境和高放电倍率下,单纯依靠相变材料很难满足热管理的要求。设计了相变材料和冷却板混合的电池热管理方式并对其进行数值模拟,与采用纯相变冷却进行了对比。分析了电池间距、冷却液入口速度对电池最高温度以及相变材料液化率的影响,并对充放电循环过程进行了探究。结果表明,在高温和高放电工况下,液冷的引入解决了因相变材料完全液化导致的电池温度恶化和中间电池热量累积的问题。相比于纯相变冷却,当冷却液速度为0.5 m/s时,混合冷却可将电池的间距减小至3 mm,继续增大冷却液的速度对热管理性能提升较小。同时,液冷板的加入可以减少首次充放电循环对后续循环过程的影响,增加电池的使用寿命。

电力电子器件用液冷针翅散热器的研究进展

随着大功率电力电子器件(如绝缘栅双极型晶体管,IGBT)轻量化、小型化和集成化的发展需求,其功率密度越来越大,导致其热流密度越来越高,亟需高效散热来满足其使用要求。传统空气冷却散热器结构简单、使用方便,但是散热能力较低,难以满足高热流密度的散热需求,目前主要采用液体冷却散热器,其中液冷针翅散热器是最常用的高效散热器。本文介绍了液冷针翅散热器的结构、液体工质、材料和制造等方面的研究进展,重点分析了液冷针翅散热器的流体通道结构、针翅结构对流动和传热性能的影响,并给出了液冷针翅散热器的发展建议。

基于串并对称式液冷流道的锂电池散热分析

针对锂离子电池均温性差和液冷系统能耗高等问题,以方形锂离子电池为研究对象,在电池单体模型验证的基础上,设计了串并对称式液冷流道的锂离子电池散热结构,对比了5种流道方案,在优选方案四的基础上,分析了液冷板中的液冷流速、铝板厚度组合和液冷系统的启动时间对电池散热效果和液冷系统能耗的影响.结果表明:与方案一的流道形状S0对比,方案四的流道形状S3能够将模组中电池单体的最大温差降低15%;此外,电池的最高温度随着液冷流速的增加呈现先减小后平缓的趋势;在保证液冷系统总质量不变的前提下,与初始的铝板厚度组合h0对比,调整后的铝板厚度组合h4可将电池模组的最大温差降低12%;电池在2.5C放电时,延迟液冷系统启动时间至563 s,既可以保证电池在最佳的工作温度范围内,又能节约液冷系统约39%的能耗成本.

相变材料耦合微通道液冷的锂电池热管理研究

针对圆柱形锂离子电池组恶劣工况下的散热问题,设计了一种复合相变材料(PCM)耦合液冷冷却的电池组热管理系统。试验得出PCM中最佳碳化硅(SIC)质量分数为5%。设计了一种PCM耦合波浪形微通道液冷的电池热管理系统。在40℃环境温度、2 C放电倍率下,所设计的热管理系统的电池最高温度为49.88℃,最大模块温差为5.14℃,最大单体温差4.34℃。设计的PCM耦合液冷冷却方式相较于自然对流和PCM单一冷却方式,电池组最高温度分别下降了26.95和3.55℃。结果表明:所设计的PCM耦合液冷的电池热管理系统可以保证电池组在恶劣工况下正常工作。

液冷服务器中多连接器拓扑的信号完整性研究

对3个高速连接器的拓扑和4个高速连接器的拓扑分别在液冷环境和风冷环境中的信号质量进行仿真。在液冷环境中,对4个高速连接器的拓扑中高速连接器间间距进行仿真。仿真结果表明:风冷环境下PCIe 5.0 Tx链路的信号质量优于液冷环境下PCIe 5.0 Tx链路的信号质量;高速连接器个数对液冷环境下PCIe 5.0 Tx链路的信号质量影响较风冷环境下更大;优化后的高速连接器间间距可以改善液冷环境下PCIe 5.0 Tx链路的信号质量。

磷酸铁锂电池组在电网调峰工况下的液冷技术研究

调峰是电池储能电站重要运行的工况,电池冷却对储能电站电池安全运行至关重要,本文对磷酸铁锂电池组在调峰工况下的液冷技术进行研究。首先对磷酸铁锂电池组在实际调峰工况下的产热以及电池的液冷冷却进行研究,建立磷酸铁锂电池组在调峰工况下的产热模型以及液冷冷却模型,其次对磷酸铁锂电池组在调峰工况下的液冷模型进行优化,通过有限元仿真分析,最后,采用调节冷却液流向以及合理调节流量等方式对液冷冷却进行优化。仿真与实验结果表明:合理设置不同冷却管冷却液流向可有效提高液冷散热的均温性,通过仿真温度云图的对比并创新地采用ΔT (最大温度与平均温度的差值)来体现不同方案均温性的优劣;增大流量虽然有助于降温,但液冷倍率达到2.0以上时,冷却效果增加有限,但能耗大大增加,通过仿真结果提出最佳的流量范围为1.5~2.0。本文所提方案均已通过实验验证,并在储能电站电池冷却进行实际应用。

集装箱式储能电站两相冷板液冷系统的温控效果研究

长期处于高温与大温差将会损坏电池性能与使用寿命,而现有的电池储能冷却系统普遍存在冷却效率低、冷热气流组织紊乱以及漏液风险等问题。针对以上不足,本文研发了应用于大型集装箱储能的新型两相冷板液冷系统,并在湖南省湘潭市某储能电站对其温控效果进行现场实测。首先,分析了两相冷板在整个充、放电过程中对全舱与各电池箱的电池温度和温度一致性的控制效果,其次,揭示了充、放电过程结束后的静置期间电池温度变化规律。研究结果表明,两相冷板液冷系统在整个充、放电过程中能够有效降低电池的温升,并将全舱电池的最大温差从传统液冷系统的4.17℃降低至3℃以内,提高了电池温度的一致性;在同等充、放电条件下,充电时电池散发的热量高于放电时电池散发的热量;无冷却情况下,静置阶段储能电站内部电池会出现80 min及更长时间持续高温的现象。

锂离子电池液冷热管理系统研究进展

锂离子电池由于具有优良的电化学特性,在电动汽车及储能等领域得到了广泛的应用,但是其工作性能及安全性受温度的影响较大,因此,需要采用合理有效的热管理系统,以确保电池的温度维持在适宜范围内。本文归纳了常见的热管理系统,总结了风冷、相变材料冷却、热管冷却和液冷的研究现状及优缺点,重点从直接接触液冷和间接接触液冷两方面介绍了当前液冷技术的优化方式。对于单一热管理系统存在的局限性,从耦合热管理系统角度分析了液冷与其他方式相结合的热管理系统的研究现状。提出液冷热管理系统应向综合优化、智能管控的方向发展,特别是与被动散热方式的耦合以及电池管理系统的匹配连接。

基于液冷通道优化的电池热管理实验研究

高效的热管理对高温下锂电池的安全性和均温性至关重要,提出采用Y型通道液冷板的新型液冷电池热管理系统。采用实验与仿真的方法研究冷却剂入口流速、通道宽度、入口温度等参数耦合对电池最高温度、最大温差以及冷却剂进出口压降的影响。结果表明:与无冷却装置的系统相比,Y型通道冷板的冷却性能提升了27.5%。在3C放电倍率下,电池表面最高温度可以控制在39.8℃内。入口流速越小,电池的均温性越低,当流速为0.1 m/s时,综合性能评价标准E_(I)指数提高了16%。通道宽度的设计需要平衡冷却性能及功耗,宽度为1.5 mm的通道具有最佳综合性能,与其他宽度相比,E_(I)指数最大提高了8.3%。在最高温度处于最佳温度范围时,入口温度为20℃,E_(I)指数达到最高值1.24,兼顾了均温性能及功耗。所提出的Y型通道液冷板可为电池液冷系统的热设计提供一定的参考。

基于复杂环境下伺服转台液冷管路系统设计与制造

随着车载伺服转台上相控阵面雷达天线组件的应用环境复杂多变、排布密集、热耗越来越高等发展趋势,如何通过伺服转台将热量及时排出成为难点。设计了一种能适应复杂环境的伺服转台液冷管路系统,整个液冷系统通过双路冷却液循环流通,可使供液流量均匀分配。通过实物测试,系统性能指标满足要求,有效解决了伺服转台T/R组件的散热问题。