高热流密度阵列的温度一致性工程化设计研究

目的研究一种提高高热流密度条件下热源阵列温度一致性的工程化设计方法。方法基于微通道内相变传热的原理,在结构上创新的设计保证通道内各处冷却液的温度尽量在工质的相变点附近,从而缩小各热源之间的温度差异。对一体化综合热物理样机进行数字建模,通过数值模拟的方法,对样机进行稳态的流动和传热分析。结果验证了集总参数仿真的可行性,并获得了样机的流场和温度场分布。结论该样机经由微通道相变强化传热之后,各热源间具有较小的温差,可进行工程化应用。

电动汽车电池温度一致性与驾驶行为关联特性研究

为实现融合车辆运行状态的电池温度不一致性的精准评估诊断,设计并开展电动汽车自然驾驶试验,利用长周期、精细化的车辆运行数据,从微观运行片段的角度探究了电池温度一致性与驾驶行为的关联特性。通过驾驶人踩/松踏板的驾驶行为将车辆运行过程划分为A、B、C、D四类微观片段。分别针对4类片段,通过计算最大信息系数(Maximum Information Coefficient, MIC)得到了各驾驶行为参数与探针温度变异系数(Variation Coefficient of Probe Temperature, VCPT)的相关性,利用随机森林模型分析了驾驶行为参数对VCPT的重要性及影响机理,利用数据分组统计计算了驾驶行为参数对VCPT的量化影响效应。研究结果表明:驾驶行为参数与电池温度一致性具有弱相关性,且其对电池温度一致性的影响是非线性且非单调的;总体上车速类参数与电池温度一致性的相关性强于加速度和踏板类参数;对VCPT回归预测最重要的4项驾驶行为参数中,4类片段下均包含最大车速,B、C、D三类片段下均包含最大负向加速度;相比于高车速和高车速波动,高减速度驾驶行为引起的温度不一致性增幅是最显著的,4类片段下VCPT促进效应最显著的驾驶行为参数分别是最大负向加速度、平均负向加速度、最大负向加速度、车速标准差,其参数值85%分位点以上对应的VCPT均值比15%分位点以下的分别大9.44%、20.36%、13.05%、16.37%。研究结果可以支撑基于驾驶场景自适应阈值的电池温度不一致性评估诊断方法的提出,进而提高电动汽车电池安全预警准确率。

基于云端数据的电池组温度及电压一致性关联分析

电池制造过程的初始差异和实际使用时的动态差异,带来动力电池组中各单体电池的一致性差异,对电动汽车整体性能产生负面影响,并造成安全隐患。以某电动汽车动力电池组为研究对象,对云端源数据进行预处理,实现了充放电片段的有效分割;提出了放电工况下基于层次聚类分析电池组温度一致性和电压一致性的方法;以类间距极差作为不一致性评价指标,分析了温度和电压不一致性变化趋势。研究发现,可根据温度不一致性将云端数据分为5个阶段,电压不一致性受温度不一致性影响较大,电压不一致性具有一定的不可恢复性,总体呈上升趋势。

基于ANSYS分析保温层厚度对动力电池的影响

针对动力电池在冬季保温问题,进行关于保温层厚度影响规律的研究。该文首先利用Solidworks软件进行三维建模,再利用Fluent meshing进行非结构化网格划分,最后利用ANSYS软件对不同保温层厚度情况下的电池包进行热仿真,获取电池模组温度场的影响规律,为解决电池包在冬季保温问题提供依据。结果表明:保温层厚度越大,保温效果越好,但是电池模组的温度一致性情况是先变好再变差。

往复式机械泵辅助两相流冷却系统试验研究

文中介绍了一种机械泵辅助两相流系统(Mechanically Pumped Cooling Loop,MPCL),为使MPCL系统更加稳定可靠,研制了一种往复式两相流冷却系统,并对系统不同充液率、启动时间和运行性能进行了研究,获取了最佳充灌率。研究发现,不均匀热源和驱动力不足将降低系统的性能。试验方案从改善热源和提高机械泵驱动能力2方面予以了改进。热源改善后,启动时间缩短,运行性能得到提升。在热源改善的基础上,提高机械泵的驱动能力,可使系统的稳态温度降低,温度波动变小。系统运行时可加大热载荷,在热载荷变化时,系统不会产生温度脉冲。总之,系统的热性能得到大大改善。试验表明,MPCL系统启动平稳,运行安全可靠。系统等效导热系数提高,温度一致性也较好。该系统试验研究结果可作为后续研究的基础。

退役锂离子动力电池储能系统风冷热管理仿真

为研究退役动力电池储能再利用过程的热管理方法和运行方案,基于退役锂离子动力电池储能系统,设计了风冷热管理的方案和运行策略。建立了舱内退役电池簇的数学物理模型。仿真了不同风量下磷酸铁锂(LFP)电池簇和三元镍钴锰(NCM)电池簇的温度分布,对比分析了有无风冷热管理时电池簇的热行为。结果表明:风冷热管理能满足适宜退役动力电池正常工作时的温度范围;对于磷酸铁锂电池簇和镍钴锰电池簇,增加风冷系统后,簇内电池最大温差可由无风冷时的10 K降低至4 K左右,电池的最大温升由30 K降低至10 K左右。该研究可为退役动力电池储能系统的高效热管理提供借鉴。

风冷电池模组热性能及成组效率的多目标优化

本工作提出一种基于套筒式热扩散板结构的新型风冷电池热管理系统,通过数值仿真研究电池模组的风冷性能。将电池模组内圆柱形锂离子电池正交排列,电池底部通过电绝缘板与铝制底板连接,且在电池中部配置双层热扩散板,从而增强风冷电池模组的热性能。首先,搭建了相应的风冷实验系统,通过对相同风速条件下的实验结果和仿真结果进行对比,对数值模型的可行性进行了验证。接着对电池模组的进口风速与热扩散板结构参数进行仿真研究,根据中心复合实验设计(CCD)原则得出25个研究案例,为建立优化目标代理模型提供样本数据。然后结合期望函数和代理模型对热扩散板配置下的电池模组进行了多目标优化,包括最高温度、最大温差、进出口压差的望小设计以及电池模组成组效率的望大设计,得到热扩散板结构参数和模组进口风速的最优结构配置。相比常规无扩散板配置设计,优化电池模组的最高温度和最大温差分别降低16.12%(6.36℃)和48.48%(2.72℃),并且重量成组效率为87.1%,与常规设计89.73%接近,在保证高成组效率的基础上显著提高了电池模组的温度一致性。

动力电池双向热管理系统性能分析与优化

基于工质相变热虹吸效应,提出了动力电池双向热管理系统,通过改变工质充注量,60~220 g时,试验测试了该系统的双向热管理性能,并据此进行系统优化。结果表明:该热管理系统的正常运行有一个最低充注量。系统优化前,加热工况,系统换热功率受充注量的影响小;散热工况,系统的换热功率随充注量的增加而增大,随电池箱初始温度升高而增大,且强制散热效果要优于自然散热;相同充注量,换热板表面的最大温差随电池箱初始温度升高而增大,在3C放电倍率,无法控制电池表面温度低于45℃。系统优化后,圆管换热板系统的换热效果要优于矩形管换热板系统,且在3C放电倍率能将电池表面温度降低至43.4℃,换热板的温度一致性更好。

无轨电车超级电容散热系统研究

文章对无轨电车超级电容系统的散热结构进行了相关研究,提出了一种全新的通风散热解决方案。首先,研究了超级电容系统的发热原理,建立了超级电容模组三维稳态传热模型;然后,基于ANSYS Workbench软件对该模型进行仿真计算,得到的结果与试验数据基本一致;最后,提出针对该模型的通风散热设计方案。仿真结果表明,超级电容系统的各个模组温度下降了1 ℃左右,模组间最大温度差为2 ℃,较好地保证了超级电容工作温度的一致性,确保了超级电容系统较好地运行在无轨电车的应用中。

电池模组复合液冷散热的实验研究与数值分析

针对一种新型复合液冷散热的圆柱电池模组进行了实验与数值研究。电池模组内106颗圆柱电池正交排列,电池的底部通过电绝缘板与液冷板连接,中上部通过热扩散板以及导热柱与底部的液冷板相连。在单体电池3C放电、液冷流量为10 L/min时,实验测得电池模组的最高温度约为41.99℃,而相同条件下的数值仿真结果则为41.86℃,表明仿真模型合理可行。但是电池模组的温差约为5.68℃,超出电池热管理所要求的极限温度范围。对包括导热柱直径、导热柱高度以及热扩散板厚度在内不同结构参数进行了优化。优化后的电池模组的温差降为3.96℃,与传统单纯底部液冷结构相比,降低了约22.35%。

基于封闭流空气冷却的锂离子电池热特性研究

为解决某锂电池模组散热问题,提高温度分布一致性,提出了一种基于封闭流空气冷却的电池热管理系统。从封闭流控制角α及电池单体横向间距S_(x)的角度,对瞬态热响应、温度一致性、功耗及冷却指数进行了数值研究,研究表明:相比于传统的基于开放流空气冷却的电池热管理系统,随着α的增大,电池表面平均温度能够降低,但应权衡考虑温度一致性、功耗及冷却指数的影响。当α=90°时,电池模块最高温度由34.38℃降到33.76℃,电池间面积加权平均温度最大温差为0.80℃,且功耗较低;随着S_(x)的增加,电池表面面积加权平均温度不断降低,且温度一致性不断提高,功耗及冷却指数的变化区间较窄。当S_(x)=35 mm时,电池单体间面积加权平均温度最大温差降低为0.57℃,冷却性能进一步提高。

干喷湿纺PAN原丝水牵过程中流体运动模型研究

在聚丙烯腈碳纤维原丝制备过程中,水牵温度的均匀性决定了丝束内各单丝受热及牵伸形变的一致性,而对于以高纺丝速度为特征的干喷湿纺,随着纺丝速度进一步提升,如何保证水牵工序中温度的一致性,是一个影响产品品质的关键工程化难题。本文结合工程化实践经验,建立了水牵工序中流体运动的模型,研究了高速下温度一致性的关联性,并提出了工程化解决方案。

基于多探头齿轮箱温度传感器国产化的设计研究

根据“十一五规划”我国大力发展快速轨道交通。并通过引进国际先进技术,快速消化理解核心技术,提高我国在轨道交通领域生产设计水平。本文论述的孚艾德齿轮箱温度传感器是为某铁路新型列车所设计的一种集成式结构的温度传感器,安装于转向架的齿轮箱上,监测铁路车辆轴箱和齿轮箱的即时温度。本品应用环境温度高,所以在设计时考虑了其耐高温性能,经对原理、材料及结构分析后进行设计。

电池模组轴向-径向协同散热的数值分析

本文对一种轴向-径向协同散热电池模组的热性能进行了研究。电池模组内110颗圆柱电池正交排列,电池底部通过电绝缘板与液冷板相连,中上部通过热扩散板以及排布在电池周围的导热柱与液冷板相接,从而形成了独特的轴向、径向协同散热结构。对当前结构建立热模型,在单体电池3C放电、冷却流量10 L/min时,电池模组最高温度与温差分别为43.68℃、5.68℃。与单纯底部液冷模型相比,电池模组的最高温度降低了约48.68%,而温差增加了约11.37%。为获得更高的电池模组温度一致性,对液冷流量、导热柱直径、导热柱高度以及热扩散板厚度进行了数值仿真分析,并通过期望函数获取了优化参数配置。在较低的液冷流量下,可使得电池模组的热性能满足热设计要求。与实验结果进行了对比,验证了仿真模型的准确性。