圆柱形锂电池组风冷散热性能仿真研究与优化

良好的风冷散热系统能保证锂电池组优良的工作性能。然而,受限于有限的安装空间,电池组装配紧凑,导致散热系统性能不佳,部分电池最高温度超过50℃,单体电池间温度均匀性差。为解决此问题,本研究建立了锂电池组三维稳态散热模型,并利用CFD数值模拟方法研究了风冷条件下冷却风的流动和传热特性,分析了风道宽度、进风面积等因素对电池散热性能的影响,提出了锂电池组风道结构优化方案。仿真结果表明,优化措施能有效提高散热性能和温度分布均匀性,有效风量增加70%,单体电池温度最高降低5.3℃,单体电池间温差降至4.9℃,优化后的电池组风冷散热系统满足使用需求。

一次圆柱形锂电池防护设计中的压力因素

设计电池的不正确安装实验,研究正温度系数热敏电阻(PTC)对电池安全防护行为的影响,验证了安装PTC可提高电池的安全防护。制作不同肩高的电池,研究封装肩高对电池安全性能的影响。电池肩高越低,封装压力越高,导致电池安全性能降低。通过对PTC的模拟压力实验,研究封装压力与PTC防护性能的关系,证明电池封装压力过大会导致PTC防护性能下降。优化选择实验表明,选择动作快、压力下过载防护能力强的PTC,可以应对电池的高封装压力。

18650圆柱形锂电池单体热耦合问题计算机仿真研究

由于圆柱形锂电池电芯的特殊结构,以往的三维平均体积模型很难模拟电池内部复杂的电化学系统。因此,针对18650圆柱形锂电池单体并考虑电化学反应与电池温度变化之间的影响建立了三维分层电化学-热耦合模型,并通过计算机仿真验证了模型的准确性。经过模型仿真分析了极化电压、不同放电倍率下电池内部电流密度、电池内部温度分布、焦耳热产热速率、反应热产热速率等特性。该研究为后续电池热管理技术开发以及电池温度一致性改善提供参考。

圆柱形锂电池的自动检测技术研究

本文设计开发了一种锂电池外观检测、尺寸检测、扫码与性能检测系统的机械结构。锂电池外观检测采用了机械视觉与机械结构相结合的方法,可对锂电池的外观、条形码等性能进行检测,而锂电池的电性能检测则采用气动方式与机械结构相结合的方法实现。两种检测技术可准确地检测出锂电池各个参数,此检测系统适合生产线的批量化检测需要。

高功率圆柱形锂离子动力蓄电池的研制

成功研制了混合电动汽车(HEV)用高功率圆柱形锂离子动力蓄电池。蓄电池采用尖晶石锰酸锂作为正极材料,中间相碳微球(MCMB)作为负极材料。重点研究了蓄电池的功率特性、循环性能、安全性及其他电化学性能。结果表明,蓄电池10C放电时持续放电功率达到640W·kg-1,而脉冲功率达到1048W·kg-1,蓄电池1C充放电循环350周的容量保持率大于90%,在-20℃与55℃下1C放电容量分别为常温25℃下的86%和95%,蓄电池在过充、短路的情况下,不爆炸,不起火,具有较好的安全特性。

圆柱形锂离子电池注液工艺的优化

设计和应用了一种注液头,优化了现有的注液工艺。注液头是一个圆管,两个端口的外部有O型密封圈,既可与电池密封,又能使电池注液后顺利离开注液机。该工艺提高了效率,保证了注液精度并降低了设备成本。

圆柱形锂离子电池注液机的设计

天津力神公司的圆柱形锂离子电池注液机是为了适应新建自动装配线的要求,自主开发设计的。通过可编程控制器控制X轴、Y轴气缸和5个HIBAR牌定量泵,实现了4工位的移动,自动完成20只电池的注液工作。该设备运行平稳,精度高,操作维护方便,而且生产效率能够满足40只/min的新建自动装配线的要求。

轴向压缩下圆柱形动力锂离子电池的性能

动力电池的安全问题制约了电动汽车的推广和发展,轴向压缩是锂离子电池的一种重要的破坏工况。通过实验方法,研究了18650锂离子电池在轴向压缩载荷下的安全性能,探讨了荷电状态分别为60%、80%、100%时电池的载荷、电压、温度的变化特征,分析了轴向压缩载荷下电池的失效过程。研究表明:轴向压缩过程中电压均出现特有的台阶式下降,极限载荷和温度骤升几乎同时发生;电池正极的凹槽结构诱导电池在靠近正极的侧面破裂。对比轴向压缩实验和径向平板压缩实验发现,动力电池轴向压缩热失控程度弱于径向平板压缩。

圆柱形LiFePO_(4)锂离子电池高温循环失效分析

研究商用15 Ah圆柱形LiFePO_(4)锂离子电池高温(55℃)循环老化的衰减机理,主要分析循环后电池负极片出现的波浪形异常区域。通过SEM、X射线能量色散谱(EDS)、XRD和傅里叶红外变换光谱(FT-IR),分析相关区域的形貌、结构及组分。对石墨/Li半电池进行充放电和电化学阻抗谱(EIS)测试,研究该区域的电化学性能。异常区域被富含F、P、S和O元素的副产物覆盖,该沉积层增大了石墨嵌脱锂的阻抗,降低了负极的比容量。高温循环加速负极表面的副反应,覆盖在负极表面的副产物导致该区域出现,是电池高温循环容量衰减的原因之一。

双层相变材料结构的圆柱形锂离子电池相变冷却模块仿真分析

针对锂离子电池在不同环境温度下的散热问题,设计了一种新型的双层相变材料(PCM)结构的电池冷却模块。首先研究了双层结构用于电池热管理的可行性。然后研究了内外层相变材料的热力学性能和布置方式对电池散热的影响。通过仿真分析结果表明,内层使用导热性能好潜热低的相变材料,外层使用导热性能差潜热高的相变材料具有最好的效果,在环境温度达到35℃和40℃时,相比于同尺寸使用单一相变材料的散热模型的最高温度,分别降低了4.34℃、16.67℃,结果表明:双层相变材料结构可用于电池散热,并在一定程度上提高相变材料冷却模块的环境适应性。

相变材料与水套式液冷结构耦合的圆柱型锂离子电池组热管理仿真分析

针对圆柱型锂离子电池组散热问题,设计了一种新型的相变材料(PCM)-水套式液冷耦合散热结构模型。首先研究了电池组在PCM模型的散热下,不同电池间距对电池组表面温度的影响,并得出PCM模型的最佳电池布局。然后根据PCM模型的最佳电池布局,优化PCM-水套式液冷耦合散热结构模型,即找出PCM散热模型的最佳流道结构。通过仿真分析结果表明,在6流道结构模型下,电池之间的最佳间距为8 mm;PCM-水套式液冷耦合散热模型的效果最佳,在3 C和5 C高倍率放电时,电池组的表面最高温度分别为33.78、41.11℃,相比于同尺寸PCM散热模型的最高温度,分别降低了7.23、1.06℃。采用PCM-水套式液冷耦合散热模型,电池之间的最大温差均维持在5℃以内。结果表明:该新型的PCM-水套式液冷耦合散热结构能在一定程度上保证电池组的正常工作,并提高电池组的安全性和耐用性。

基于高镍NCA811正极的21700锂离子电池在某装备上的应用研究

武器装备对储能电源的需求越来越向着更高比能量、极端温度条件、高抗力学等苛刻的应用要求发展。采用基于高镍NCA体系且已商业化应用的圆柱形21700锂离子电池作为对象,针对具体的实际应用工况,研究了单体电池及电池模组在某装备上应用的可能性。实验结果表明,圆柱形21700锂离子电池在电性能、极端温度条件、抗力学性能及安全性上均满足应用指标要求,可以用作该装备的储能电源。

圆柱型锂离子电池组热均衡性研究

首先建立水冷系统布置方案和三维模型,然后对水冷模式下圆柱形锂离子电池18650不同排列方式的冷却效果和热均衡性进行对比分析,最后对电池模组放电过程中不同点的温度进行测试。定义热比来定量描述电池模组热均衡性。仿真分析与试验验证的结果表明,电池模组几何模型和单体数量相同时,错位排列的冷却效果和热均衡性均优于并行排列,1C放电倍率下,错位排列最高温升比并行排列低2.26 K,热均衡性提高33.9%;同一排列方式下电池单体数量越多,模组热均衡性越差,当模组中单体数量由15增加到60时,并行排列热均衡性下降了5.1%,错位排列热均衡性下降6.3%;几何模型和放电倍率对热均衡性影响很小。

迂回形冷却管对动力电池冷却性能的模拟研究

针对圆柱形锂离子电池设计了一种以迂回形冷却管为特征的新型液冷系统,建立了系统的三维瞬态数值计算模型,探究了冷却管的流道高度、冷却液流向、入口流量和温度对电池模块冷却性能和压降的影响。结果表明,与蛇形冷却管相比,迂回形冷却管可大大提升电池模块均匀性;在相同的流量下,增大流道高度可以减少泵功;将一股冷却液改为相反方向的两股,可以改善电池模块均温性;增大冷却液流量,可以有效降低电池模块最高温度与最大温差。为验证系统在电动汽车US06工况下的有效性,对系统冷却性能进行模拟和分析。结果表明,在冷却液入口温度25℃、流量为1 g/s时,最高温度仅为26.8℃、最大温差小于2℃,很好地满足了电池组热管理要求。