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。

液冷微通道内相变微胶囊的壁面温升抑制特性数值模拟

相变微胶囊悬浮液是一种新型的蓄热-传热功能流体,目前对相变微胶囊与基液流固传递作用认识的欠缺,导致宏观上对悬浮液流动传热性能的研究结果存在较大的差异.为此,本文采用任意拉格朗日-欧拉方法模拟相变微胶囊在液冷微通道内流固作用下的流动传热特性,对比普通颗粒及相变胶囊对液冷微通道壁面温升的抑制作用,考察胶囊位置、形状及数量对壁面温升抑制的影响.结果表明:胶囊及颗粒均对它们上游区域的壁面温升产生抑制作用,而胶囊的相变使得抑制效果更加明显;胶囊越靠近壁面自旋运动越快,越有利于流体与壁面的换热,对壁面温升抑制效果越强,尤其是靠近受热面时;相比椭圆形胶囊,圆形胶囊自旋运动更激烈,对壁面温升抑制效果更优;随着加热区内胶囊数的增加,最大抑制效果在逐渐提升.

液冷通道分布优化设计的仿真和试验研究

以换热量最大为目标进行液冷通道分布优化设计,构建拓扑优化设计数学模型,采用霍尔姆兹偏微分方程形式的密度过滤避免拓扑形态出现棋盘格现象;同时,采用双曲正切投影方法以得到清晰的流体通道拓扑形态。对不同进出口布置的典型算例进行优化设计,设计结果与传统直通道比较,通过有限元数值模拟,以最高温度为评价指标,对比各进出口布置的拓扑优化通道与传统直通道的散热性能。仿真结果表明,拓扑优化通道比直通道的最高温度低,且采用垂直对角出入口布置散热性能最佳。进一步制作液冷板,通过试验验证了设计方法的有效性及数值模拟的准确性。