锂电池肋片液冷板的传热与流动特性研究

对于锂离子电池热管理系统,在锂电池两侧插入带通道的冷板是一种有效的高温散热方法。针对电动汽车用方形锂电池,在传统并行流道冷板的基础上,设计了六种肋片强化换热冷板。通过数值模拟方法研究和比较了不同雷诺数下冷板的换热效果,同时计算了流场的压降、摩擦因子和速度等来分析其流动特性,最后采用综合考虑流体流动和传热特性的无量纲因子来判断冷板的综合性能。结果表明,不同雷诺数下六种肋片强化冷板散热性能均优于传统并行流道冷板,但压降也不可避免地增大,各个方案中矩形交错肋片液冷板的综合性能最优。

3D打印铝合金液冷板在冷却液中的静态腐蚀

目的 对比3D打印铝合金液冷板材料经不同表面处理后在冷却液中的静态腐蚀情况,并预测静态腐蚀速率。方法 通过p H值测试、腐蚀表面形貌分析来监测冷却液和铝合金的变化,通过电化学方法测试样件的腐蚀动力学参数,通过质量损失试验测量材料的腐蚀速率和年腐蚀深度,通过EDS分析腐蚀产物。结果 所有试验组冷却液p H均整体呈下降趋势。在试样表面可以观测到明显的腐蚀现象,集中发生于试样表面的缺陷位置。不同表面处理的样件,其腐蚀速率不同,差异最大可达16倍。冷却液中的有效缓蚀成分参与了试样表面腐蚀产物膜的形成,在表面沉积了P、Ca等元素。结论 3D打印成形铝合金材料在冷却液中的年腐蚀深度整体较小,其耐蚀性良好,进行液态磨粒抛光或酸洗处理能降低研究材料在冷却液中的静态腐蚀速率。

多结构形式小通道液冷板散热性能对比研究

小通道冷板作为一种有效的热控装置,已被广泛应用于高热流密度电子器件的热管理领域。文中以通道特征尺寸为2 mm的串行、并行以及射流冲击/小通道混合液冷板为研究对象,旨在获取这3种结构形式冷板的极限散热能力和流动阻力损失的差异。研究结果表明:在相同冷却工质流量条件下,3种冷板的散热功率由大到小依次为串行通道、射流冲击/小通道混合液冷板、并行通道;串行通道冷板的板内阻力损失明显大于其余两者;在综合考虑压力损失和散热性能的基础上,根据不同热源热流密度条件选择合适的冷板结构,有望满足特定应用的需求。该研究可供小通道液冷板的设计和优化参考。

混合动力机车电池组液冷板流道结构选型研究

为了选出混合动力机车电池组液冷板的最优流道结构,文章结合电池组液冷原理提出了4种流道结构模型,并在环境温度35℃、冷却液进口速度2 L/min和进口温度25℃的条件下,进行热仿真分析。通过对比分析发现,随着并行流道数量的增加,电池组的平均温度、最高温度、最大温差均呈上升趋势,冷却液的进出口压差均呈下降趋势。综合评价指标及冷却液流速情况,两并行流道被确定为该电池组最适配的液冷板流道结构。

基于并联-倾斜流道液冷板的锂电池组大倍率放电液冷散热研究

以方形磷酸铁锂电池组为研究对象,在传统的并联流道液冷板结构基础上进行优化设计,提出了并联-倾斜流道液冷板,对两种液冷板下6 C大倍率放电的电池组散热性能进行对比。随后,对并联-倾斜流道液冷板开展单因素分析,研究在不同冷却液质量流量和液冷板结构参数(流道宽度、入口宽度和流道倾斜角度)下对电池组散热性能的影响。最后,设计正交实验对获得的仿真结果进行极差分析,结果表明并联-倾斜流道液冷板最优的结构参数组合是流道宽度12 mm,入口流道宽度15 mm,流道角度70°,质量流量30 g/s。在相同的30 g/s质量流量下,最优结构参数组合下电池组的最大温度、最大温差和液冷板的压降相比并联流道液冷板结构分别下降了0.45%、2.96%和29.08%。

锂离子电池拓扑流道液冷板热流性能研究

为增强常规液冷板的冷却能力,利用变密度拓扑优化方法设计了对中和对角2种进出口位置不同的新型拓扑流道液冷板。通过全局偏微分方程使各液冷板的泵功一致,探究冷却液体积分数与入口温度对散热性能的影响。仿真结果表明,提高冷却液体积分数可以增强液冷板散热能力,而入口温度对电池体温差影响微弱;对角拓扑型液冷板的冷却性能较蛇型液冷板提升最大,当泵功由1×10^(-4)W增加至5×10^(-4)W时,电池体温差最高下降37.84%,且综合换热指标PEC约为对中拓扑型较矩型液冷板的3倍。

某控制器液冷板仿真优化设计与评估

某发动机控制器中驱动板采用液冷散热技术,为此开展了液冷板的散热性能仿真优化设计与力学性能评估。首先基于液冷板外形结构提出一种S形流道结构设计方案,接着仿真验证了液冷板的散热性能,并基于仿真结果优化了流道结构。优化结果表明,液冷板上最大温差由10.41℃降为4.82℃,满足温差不大于5℃的设计要求,散热性能改善117%。进一步评估流体入口压力10 MPa工况下的液冷板力学性能,流-固耦合仿真得到的最大等效应力为71.59 MPa,远低于液冷板铝合金材料屈服强度255 MPa,力学结构可靠。

某微通道液冷板的性能分析与优化

针对电子设备工作时局部温度过高问题,提出了翅柱与流道相结合的结构设计。分别将平行四边形翅柱、沙漏型翅柱、双层平行四边形翅柱内置于流道中,保证相同的流道截面积、冷却液进口流量与温度,借助仿真软件ICEPAK分别对这三种液冷板的散热性能进行仿真分析,并利用试验来加以验证仿真结果的可靠性。结果表明:三种优化后的冷板散热性能都优于常规通道冷板。其中,平行四边形翅柱冷板散热性能最差;双层平行四边形翅柱冷板散热性能最好,但流阻较大;沙漏型翅柱冷板散热性能适中,流阻明显小于前两者。

全特征扰流元电池液冷板传热优化与实验研究

低热阻、低压损和均匀温度的液冷板对保障动力电池包续航里程、延缓电芯寿命衰减具有重要意义.以改善液冷板传热性能为目标,以某款动力电池包液冷板为对象,构建温度均匀性系数,提出新型全特征扰流元模型.开展扰流元特征参数和布置参数寻优,搭建液冷板传热实验台架,验证温度和压降仿真结果的准确性.结果表明:当扰流元的结构宽度与长度之比为1、扰流元的结构宽度与流道宽度之比为0.5、2个扰流元间隔为15 mm时,液冷板综合性能最佳.优化后液冷板温度均匀性系数由0.339降到0.121,优化幅度为180.16%;优化后液冷板最高温度为24.7℃,温差为3℃,仿真计算结果与实验结果的综合误差为3.79%.

基于Isight的动力电池液冷板流量分配一致性优化分析

通过Isight设计实验(DOE),研究液冷板流道支流进出口宽度、支流倾斜角度两个结构因素对支流流量分配一致性和模组顶面温差的影响,利用STAR CCM+对冷板流场特征进行仿真,总结影响规律并建立基于DOE的迭代优化方法,针对现有的一款液冷板进行流量一致性优化,优化后的各个模组顶面温差最小,通过实验验证了优化结果的可靠性。

锂电池微通道液冷板散热性能分析

为电动汽车动力电池系统设计了一种微通道液冷板结构,使用Fluent对所设计的液冷板进行仿真分析。研究了不同冷却液流量、流道宽度和高度对液冷板散热、均温及能耗性能的影响。结果表明,质量流量为4 g/s时,电池组最高温度和最大温差分别减小为28.6℃和2.1℃;质量流量高于4 g/s时,液冷板散热性能改善不明显,且能耗较高。流道宽度和高度的增加会降低液冷板散热性能,增加系统能耗,但其均温性能有所提升。强化传热结构的布置使液冷板散热性能进一步提升,较为显著地改善了电池组温度均匀性,扰流机构3可使电池组最高温度和最大温差分别减小0.79℃和0.19℃。研究成果可为后续液冷板结构设计优化提供指导。

改进液冷板结构后CTP动力电池包的热特性

液冷板结构对新能源汽车动力电池包的温度均匀性具有显著的影响。针对传统“口琴管”液冷板存在均温性差、漏液风险高等不足,改进液冷板设计。通过流-热耦合仿真方法研究了改进的“凸包”、“纵向”和“横向”流道的三种液冷板结构对CTP动力电池包低温加热及驱动耐久冷却工况下传热性能的影响,结果表明,采用“横向”流道结构液冷板,在低温加热工况下,电池包最大温差较采用“纵向”和“凸包”流道结构液冷板分别低7.8和4.4℃;在驱动耐久冷却工况下,电池包最大温差较采用“纵向”和“凸包”流道结构液冷板分别低1.6和0.8℃。通过台架实验对采用“横向”流道结构液冷板的电池包进行热工况验证,电池包最大温差在低温加热工况下不高于7℃,在驱动耐久冷却工况下不高于4℃。这表明“横向”流道结构的液冷板具有良好的热管理性能。

均温板复合微通道液冷板的设计与性能研究

为解决高功耗和高热流密度芯片的散热问题,设计了一款新组合形态的液冷板——均温板(Vapor Chamber,VC)复合微通道液冷板。首先介绍了均温板复合微通道液冷板的设计方法,接着开展了仿真评估,最后进行了测试及回归分析。测试结果表明:VC复合微通道冷板能解决单芯片功耗650 W、热流密度100 W/cm^(2)的散热问题,此时VC复合微通道液冷板底面温度为63:3℃,热阻只有2.815E-2℃/W。同时,在一定范围内,随着热源功耗的增加,液冷板热阻减小,散热效果提升。

基于同心圆结构的新型液冷板优化设计及其性能研究

为提升电池热管理系统的综合性能,本文提出了一种具有同心圆结构通道的液冷板。首先,利用控制方程讨论了环形通道数量和宽度对液冷板综合性能的影响,并通过综合评价指标选出了最佳环形通道数量和宽度。然后,为了更大程度上降低液冷板压降,将部分曲段通道进行直化,并优化了直段通道角度以及圆心距。与初始模型相比,最优模型的压降降低了62.83 Pa(67.61%),温度降低了1.1℃。最后,为进一步提升系统的散热性能,在最优模型的基础上引入了不同种类和体积分数的纳米流体作为冷却介质,与纯水相比,在低雷诺数下采用纳米流体作为冷却介质可以获得较好的综合性能,综合评价指标最高可提升16.19%,效果显著。

锂离子电池仿生树状通道液冷板数值优化

目的 将锂离子电池在5C放电倍率、环境温度298.15K的工作条件下的最大温度和温差控制在适宜范围内。方法 在锂电池两侧插入带通道的仿生树状液冷板,建立电池模块液冷散热模型。首先验证液冷数值模型的准确性,然后通过正交试验设计研究分支流道角度、入口流速、分支流道宽度和液冷板厚度对冷板散热性能的影响,并通过极差分析对4种影响因素进行重要程度排序,确定最佳的参数组合。结果 经优化后,锂电池的最高温度为302.4 K、温差为3.4 K,满足设计要求,但冷却剂在流动循环过程中存在泄漏风险。结论 提出的树状液冷板满足锂电池热管理性能的要求,优化后电池模块的表面温度在安全范围内,同时电池的温度均匀性显著提高。应选择导热系数高的冷板材料,并注重冷板结构设计,防止冷却剂泄漏。

锂电池热管-液冷板式冷却结构多目标优化

为满足锂电池成包后的温度一致性需求,本文提出一种基于热管与液冷板的复合冷却结构。利用数值模拟对液冷板内两种不同流道(流道Ⅰ和流道Ⅱ)的冷却性能进行对比,结果表明流道Ⅱ的冷却性能更优;采用正交试验法筛选出4个对流道Ⅱ冷却性能影响较大的结构因素作为设计变量,以电池组温差和冷却液压降为目标函数,建立设计变量与目标函数之间的Kriging代理模型并采用NSGA-Ⅱ遗传算法进行寻优。与初始结构相比,优化后的流道II对应的电池组温差和冷却液压降分别降低了10.52%和50.14%,而电池组最高温度仅升高了0.68%。本文的方法和结论可为热管式锂电池冷却结构的设计与优化提供借鉴。

大功率半导体发光二极管液冷板散热性能分析

液冷板体积小,散热效果明显,被广泛应用于密集电子器件的散热。为研究液冷板内部的流动与传热过程,实现高效散热,利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对液冷板进行热固耦合三维数值模拟,对比分析了水、乙二醇、酒精及甘油4种常见的不同类型冷却液在冷板内的流动规律与换热特性,研究了冷却液入口流速对综合散热性能的影响,并通过理论计算的方法加以验证。结果表明:设计的液冷板具有较好的流动和换热性能,4种冷却介质的综合散热效果均随入口流速增加而得到不同程度改善,最佳入口工况流速为2.5 m/s。以发光二极管芯片结温为散热性能指标,发现水的散热效果最佳,基板表面温度分布较为均匀。

TC4钛合金液冷板与结构件真空钎焊的工艺研究

针对TC4钛合金液冷板与细长结构件真空钎焊存在漏焊,一次焊接成功率低的问题,采用高、低温Ag-Cu基钎料及石墨配重的工艺方法进行钎焊,对钎缝进行了微观金相分析,检测液冷板的极限疲劳寿命、极限耐压强度和流动阻力。结果表明:利用高温Ag-Cu基钎料钎焊的液冷板测试件在1 MPa的极限耐压能力测试中,压力表示数稳定未漏气,在极限疲劳寿命测试过程中,经历2 000次0.5 MPa反复升压,未泄漏和损坏;低温Ag-Cu基钎料钎焊的液冷板测试件则发生漏气,压力表示数变化明显。TC4钛合金液冷板与细长结构件真空钎焊的过程中,高温Ag-Cu基钎料比低温Ag-Cu基钎料的焊接性能好。

厌氧胶在液冷板缺陷修复中的工艺技术

现代电子设备热流密度剧增,迫使采用液冷板进行散热;液冷板制造缺陷导致液冷板渗漏。主要介绍液冷板的结构及工艺特点、渗漏缺陷产生原因、修复所使用厌氧胶的选择及性能,阐述了液冷板修复工艺过程以及修复后的实验验证,达到了液冷板渗漏缺陷用厌氧胶修复目的。结果表明,在2.5 MPa的气密耐压检测下,保压30 min无泄漏;液冷板渗漏厌氧胶修复成本低、修复周期短、简单易行。

铝合金液冷板激光选区熔化3D打印及其性能研究

结合3D打印成形特点进行成形精度与表面粗糙度控制,开展了液冷板流道工艺适应性改进设计及工艺模型设计。提出了一种适用于3D打印液冷板的液态磨粒流抛光、化学循环抛光的流道后处理工艺。基于瞬态平面热源法(hot disk)测量得到了3D打印AlSi10Mg材料的导热系数。经仿真与试验分析表明,3D打印液冷板流阻性能、环境适应性能满足产品质量要求,具备工程项目应用可行性。