基于热管技术的锂离子动力电池热管理系统研究进展

近年来，锂离子动力型电动汽车炙手可热，但它的广泛应用还受限于电池性能、寿命及使用安全等问题。锂离子电池在25～40℃内可高效安全运行，这就需要配备高效的热管理系统以保障整车安全。本文针对锂离子电池，主要综述了包括风冷、液冷、相变材料冷却和热管冷却等热管理技术的研究进展。通过分析研究发现，目前应用的热管理技术不仅在极端条件下冷却能力不足，而且存在结构复杂、体积及质量过大等缺点，既增加了电池的额外能耗，也与汽车轻量化的发展方向相悖。针对于此，本文提出开发超薄型热管的冷却技术，并认为热管和相变材料耦合的热管理技术将有效解决锂离子电池的散热与蓄热问题。

锂离子动力电池热管理系统的研究

目前电动汽车上应用最广泛的电化学动力源是锂离子动力电池,因为其具有高比能量、长循环寿命等显著的优点。然而,电池本身的温度变化会对电池的安全性、性能、寿命等造成较大的影响。所以,本文重点介绍,在特定的环境下,研究电池温度变化的特性,并且通过电池温度合理有效的控制,利用关键技术分析,其本身就具有重要的现实意义。

基于分流式结构的锂离子动力电池热管理系统研究

锂离子动力电池作为目前纯电动汽车使用的最主要的动力电池类型,其性能、寿命、成本、安全性对电动汽车的发展具有决定性作用,锂离子动力电池的运行温度对其性能、寿命、安全性等有重要影响,因此,电池的热管理系统便至关重要,本文针对方形锂离子动力电池,基于板式和分流式热沉结构,设计了专门的冷却结构,单个冷板采用了自相似热沉结构,由三层结构构成,包含中间的分流通道层和两个对称的溢流通道层。

基于液体介质的锂离子动力电池热管理系统实验分析

基于液体介质的动力电池热管理系统由于其在冷却速度、降温效果等方面的优势,成为目前电池热管理的主流方式。为探究基于液体介质的动力电池热管理系统的传热效果。通过实验对比的方法,验证了底部液冷式锂离子电池热管理系统在不同环境温度下冷却液温度对电池组最高温度及最大温差的影响,并运用仿真软件对电池组内部整体温度分布情况进行了分析,指出了目前常见液冷热管理系统存在的不足,为动力电池热管理系统的设计提供了参考。结果表明:电池组底部布置液冷板能有效降低电池最高温度,且随着环境温度升高,散热效果更明显,但可能造成电池模块上下表面温差大的问题。在一定范围内,电池最高温度随着冷却液温度的降低而减小,之后继续降低冷却液温度会使电池表面的温度均匀性下降。

锂离子动力电池热管理系统关键技术探析

目前,作为应用最为广泛的动力电池,锂离子电池本身的性能会受到温度的影响。为了对锂离子动力电池的热管理有清晰的了解,文章在阐述锂离子电池工作原理的基础上,对于锂离子动动电池热管理系统的关键技术进行分析,希望可以对其有深入的探讨。

电动汽车锂离子动力电池热管理分析

电动汽车的安全运行与电池热管理系统息息相关。锂离子电池因具有能量密度大、循环寿命长、自放电率低等优势,在电动汽车中得到了广泛应用。但锂离子电池对温度变化比较敏感,过高或过低的温度都会对电池的充放电性能、容量特性及循环寿命造成一定的影响。该文对锂离子电池的结构、生热机理进行分析,提出锂离子电池的高温散热和低温加热策略,以促进动力电池热管理系统的设计和优化。

锂离子动力电池液体热管理技术综述

由于锂离子动力电池对环境温度敏感,电池液体热管理技术对温度的控制效果良好,针对液体热管理技术在电池热管理中的应用及其效果进行综述。以液体冷却技术和液体加热技术为研究切入点,通过综述这两种技术在锂离子动力电池热管理中的应用现状,深入分析其对电池温度控制的效果。研究表明,液冷板式冷却效果好但系统复杂,未来需优化轻量化和安全性设计;液冷管道冷却轻量但应用受限,需进一步探索;浸没式液体冷却能显著降低电池温度并提升均匀性,但需解决密封及动态行驶中的散热问题;滴落式液体散热精度高、质量轻,是未来研究热点;液体加热可快速预热电池包,一体化设计可提升效率并降低成本。

柔性复合相变材料用于锂离子电池热管理的效果模拟研究

以石蜡为相变材料、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物为弹性载体、石墨烯为导热增强剂,制备了一种柔性复合相变材料(FCPCM),对FCPCM用于锂离子电池热管理的效果进行了模拟研究。结果表明:与空气自然对流热管理手段相比,将FCPCM贴敷于锂离子电池表面进行被动式控温,可使锂离子电池表面中心最高温度至少降低1.89℃;在一定范围内增大FCPCM的导热系数和厚度,可减小电池表面中心最高温度和电池厚度方向的温差;FCPCM与锂离子电池之间的接触热阻也明显影响热管理效果,随着接触热阻增大,热管理效果下降。

平板热管式锂离子电池热管理系统仿真分析研究

锂离子电池是航空混合电推进系统的关键子系统,本文针对基于平板热管的航空锂离子电池热管理方案进行设计与性能评估。针对一款锂离子电池模组进行建模与验证,初步设计平板热管方案并进行仿真分析;在原方案基础上,对平板热管散热翅片进行结构优化设计并开展了实验验证,结果表明:优化后的方案可提高系统对流换热量。以优化后的平板热管为基础,结合航空器高空巡航工况的环境温度,平板热管换热性能将得到进一步提升:电池平均温度可降低10.6℃,降幅达18.83%。与水冷方案相比,平板热管优化方案散热能力与之相当,系统减重30%、能耗降低约63%。

热管耦合相变材料全气候锂离子电池热管理系统性能分析

电池热管理系统(BTMS)是保障储能电池在不同工况下安全高效运行的重要方法。基于相变材料高潜热与热管高导热特性,设计了一种热管耦合相变材料的新型锂离子BTMS,该系统可实现全气候条件下电池保温与散热一体化。采用数值模拟对BTMS的保温与散热性能进行研究。在低温环境下,通过模拟电池放电过程和放电结束后电池温降过程,分析了保温层厚度和初始温度对保温性能的影响;在常温和高温环境下,基于相变材料、热管、双层冷却通道耦合手段提出了相应的散热方案,有效保障了锂离子电池在放电倍率0.5C~2.0C下的安全稳定运行。设计的BTMS可实现不同环境温度下的保温或散热需求,为实现全气候锂离子电池热管理技术提供理论参考。

基于热电效应与相变耦合的锂离子电池热管理数值研究

温度对锂离子电池工作性能影响巨大,需要增设热管理系统对电池在高温工况下散热。文中建立了一种基于热电效应和相变材料耦合的电池热管理系统,采用半导体制冷片冷端直接为电池制冷,热端采用相变材料散热。为进一步强化系统散热性能,通过数值模拟的方法探究半导体制冷片及相变材料对电池散热的影响。结果表明:半导体制冷片在高工作电流下,其制冷效果突出,但存在电池内部温差过大、相变材料短时间失效等问题难以在电池放电全程维持其合适工作温度,可应用于紧急情况下为电池迅速散热。当制冷片在低工作电流下工作时,制冷片输入工作电流为0.4—0.6 A,相比电池无热管理系统下的平均温度,电池最高平均温度降低约45℃,电池在放电全程散热效果显著,且电池内部最大温差小于5℃,均匀性良好。相变材料的熔点及潜热值大小对热管理系统散热性能也起到了重要作用。

动力电池低温热管理系统评价技术研究

电动汽车的普及对动力电池相关的技术提出了更高的要求,使电池保持在合适温度区间工作的动力电池热管理系统已经成为各大厂商的核心技术需求。由于锂离子电池在冬季低温环境下性能下降、寿命衰减尤为明显,低温热管理技术更是近年来动力电池研究的重点。从锂离子电池在低温环境中的性能劣化机理出发,对低温热管理系统的发展现状进行了综述,并结合最新研究进展,归纳了一套电动汽车低温热管理评价方法。

水合盐相变材料用于锂离子电池热管理

锂离子电池的性能对温度很敏感。由于高倍率放电带来的温度变化较大,对电池热管理的要求越来越高。为调控电池的最高温度及温度均匀性,制备水合盐相变材料。该相变材料由三水醋酸钠、甘氨酸、十二水磷酸氢二钠构成的共晶水合盐和膨胀石墨组成。当添加质量分数5.0%的膨胀石墨时,材料的相变温度和相变焓分别是45.31℃和196.17 J/g,热导率为1.60 W/(m·K),且抗泄漏能力较好。在室温(25℃)下,当放电倍率为2 C时,采用相变冷却,单体电池的最大温差为0.21℃,电池组的最高温度控制在55℃以内,电池组间的最大温差为2.41℃,分别比空气冷却降低了89.55%、22.24%和77.46%。与空气冷却相比,相变冷却可提高电池组在高倍率放电时的温度均匀性,并使其处于合适的温度范围。

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。

基于微通道液冷板的动力电池热管理性能分析

为了保证锂离子动力电池的安全性能并延长电池的循环使用寿命,设计了一种基于微通道液冷板的电池热管理系统,对锂离子棱柱形电池进行冷却。建立了电池冷却系统的三维热模型,研究高放电倍率、冷却液温度和进口质量流量对电池放电过程中最高温度和最大温差的影响。结果表明:锂离子电池组在5C高倍率放电工况下,电池最高温度为301.942 K,温差为1.942 K,达到预期冷却效果;随着冷却液温度降低和进口质量流量增加,电池最高温度降低;随着进口质量流量增加,电池冷却性能改善,但趋势逐渐变小。当冷却液温度为296 K时,电池最高温度为297.662 K;当质量流量为15×10-7 kg/s时,温差为4.407 K。

锂离子动力电池系统多尺度热安全研究

锂离子动力电池系统作为电动汽车最重要的核心部件,其动力性能和安全可靠性的提升是中国电动汽车进一步规模化发展的重大需求。锂离子动力电池的热安全问题贯穿于电池系统的整个生命周期,且在单体-模组-系统不同空间尺度下的表现形式不同。针对锂离子动力电池系统多空间尺度热安全问题,分别从单体电池生热、模组温度均一性、电池系统安全可靠性3个方面归纳总结了目前动力电池热安全设计的最新进展,并对一些重要研究成果进行了着重介绍,总结了锂离子动力电池系统热安全设计亟待解决的关键问题,提出了可行的解决方案,对今后的研究方向进行了展望,旨在为电池系统动力性能和安全可靠性提升提供有益的借鉴和参考。

基于组合数学质量比建模的车用锂离子电池组热管理研究

为提高车用锂离子电池的热管理效率,将纳米石墨(NG)和纳米铝(NA)添加至石蜡(PA)中,制备纳米复合相变材料(NCPCM),基于组合数学建模研究了不同质量比NCPCM的热导率和相变潜热等物理参数对电池热管理效率的影响,完成组合数学质量比模式下的热导率和相变潜热,以及慢充至快充下的RGO/BN/PA CPCM、RT44HC/CF CPCM和NCPCM3的车用锂离子电池热管理试验分析,结果表明:3.5 C放电速率下,热导率为2.1 W/(m·K)、相变潜热为206.18 J/g的NCPCM3能将车用锂离子电池组的最高温度和最大温差分别降低至44.2℃和4.4℃,进一步提高NCPCM的热性能参数并不会显著提高热管理性能;NCPCM3的电池热管理效率明显优于RGO/BN/PA CPCM、RT44HC/CF CPCM,能确保车用锂离子电池组的正常工作温度。

一种以多孔结构吸附相变材料为冷却介质的锂离子电池组热管理方法

电池包作为电动汽车的动力源,其性能决定着电动汽车的成本与安全,有效的热管理系统对电池包的安全运行起到至关重要的作用。在追求更高能量密度的同时,如何有效降低热失控现象并提升电池组的热管理性能成为亟待解决的问题。针对传统相变材料(PCM)热管理方法存在的局限性,提出了一种基于多孔结构吸附PCM的创新热管理方案。基于仿真分析,相比传统PCM热管理方法,该方法使电池组在4C放电电流工况下的前0.2 h内,最高温度降低了2.1%;与此同时,最高温度与平均温度之差缩小了45.5%且各单体间平均温差幅度降低了34.1%。结果表明,该方法能够有效提高PCM的导热性并减小电池包内温度梯度,使得电池包内温度分布更加均匀,从而降低热失控的风险。此外,多孔结构吸附PCM还具有良好的安全性和耐久性,能够有效延长电池组的使用寿命。

动力锂离子电池大功率快充热失控主动防控研究进展

电动汽车续航里程短、充电时间长等问题严重制约其进一步发展,提升电动汽车大功率快速充电能力已成为电动汽车的新发展目标。解决动力锂离子电池大功率快充的热失控问题是支撑快充发展的重要前提。通过归纳国内外文献,首先阐明锂离子电池大功率快充触发热失控的机理;其次从快充策略、电池设计与制造工艺、快充热管理等方面的优化入手,厘清锂离子电池大功率快充热失控主动防控研究进展。为加快动力锂离子电池安全大功率快充的发展,提供热失控防控技术的开发思路。

锂离子电池热管理技术研究进展

【目的】随着锂离子电池的广泛应用,需要对影响锂电池使用性能和安全性的热管理技术加以关注和研究。【方法】综合分析了被动式、主动式和基于相变材料的复合式等三种热管理技术的差异,总结了几种主流热管理方式包括自然冷却、强制风冷等的优缺点和应用场景。【结果】无论是浸没式液冷还是液冷机,冷却效果均优于强制风冷和自然冷却,但应用会受到产品成本和密封性能的限制。【结论】通过对三种热管理技术的比较可知,主动式热管理的冷却效果优于被动式;基于相变材料的复合式热管理技术因具更良好的换热潜能也将得到研究和应用。