Thermal Management Optimization of a Lithium-Ion Battery Module with Graphite Sheet Fins and Liquid Cold Plates

Temperature uniformity of lithium-ion batteries and maintaining the temperature within the range for efficient operation are addressed.First,Liquid cold plates are placed on the sides of a prismatic battery,and fins made of aluminum alloy or graphite sheets are applied between battery cells to improve the heat transfer performance.Then a simulation model is built with 70 battery cells and 6 liquid cold plates,and the performance is analyzed according to the flow rate,liquid temperature,and discharge rate.Finally,the results show that temperature differences are mainly caused by the liquid cold plates.The fin surface determines the equivalent thermal conductivity of the battery.The graphite sheets have heterogeneous thermal conductivity,which help improve temperature uniformity and reduce the temperature gradient.With lower density than the aluminum alloy,they offer a lower gravimetric power density for the same heat transfer capacity.In addition to the equivalent thermal conductivity,the temperature difference between the cooling liquid and battery surface is an important parameter for temperature uniformity.Optimizing the fin thickness is found to be an effective way to reduce the temperature difference between the liquid and battery during cooling and improve the temperature uniformity.

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。

SiC功率模块的液冷散热设计与节能分析

为综合评估SiC功率模块的液冷冷板散热效果,设计了串联、并联与串并联3种冷板流道结构,从器件温升、系统能效、散热性能3个方面共计10项指标评估了冷板性能,基于ICEPAK仿真分析了液冷系统流场与温度场的稳态分布特征,从节能角度给出了液冷散热方案的工程应用选择与优化建议。研究结果表明,冷板内部串联流道设计的温升与散热性能指标更优,但其能效表现系数仅为并联设计的1/5,散热表现的提升以增加冷板内部压力损失为代价,降低了其能效表现;3种流道设计下,冷却液流量由8.2 L/min提高至24.6 L/min,冷板的能效表现系数分别由1 275,6 407,1 425下降至53.2,258.3,60.6,故提高冷却液流量并非改善散热的首选。实际工程应用中,在器件的温升允许范围内,应优先选择冷板内部的并联流道设计与多冷板间并联的散热方案,以提高散热系统的节能性。

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。

液冷服务器在数据中心的应用研究

风冷服务器使用空气作为换热介质进行散热,制冷效率较低。同时,单芯片算力密度的增加和AI服务器的出现使得风冷散热逐渐成为瓶颈。液冷服务器使用工质水或者氟化液等液体作为换热介质,相同流量的液体相比空气散热能力有大幅提升,能够有效解决大功耗芯片和设备的散热问题,同时降低PUE值,逐步成为一种数据中心制冷新型解决方案。本文介绍了液冷技术的优势,分析了不同的液冷技术路线,提出了冷板式液冷服务器的技术要求和对机房环境的要求,为在数据中心部署液冷服务器提供了实践指导。

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。

一种基于金属增材制造的穿通液冷板设计和加工方法

LRM模块功能集成度的不断提高对穿通液冷板的设计和加工提出了越来越高的要求。本文主要从功放模块的需求入手,基于增材制造的加工方法,从材料选择和结构设计两方面介绍了研制方案,针对高热流密度器件设计了小通道散热器;使用FloEFD软件对整个液冷系统的流阻和散热效果进行了仿真;介绍了穿通液冷模块加工的基本流程和注意事项;完成了模块冷板的加工和相关散热性能测试。结果表明,基于增材制造加工方法的穿通液冷板可以基本满足原功放模块的设计要求。

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。

数据中心制冷技术探究

随着经济社会的发展,大数据已融入人们生活的各个方面。大数据的增长带动了数据中心的飞速发展。2020年,中国数据中心耗电量为2045亿千瓦时,其中数据中心内制冷能耗约占总能耗40%。如何降低制冷能耗,成为建设绿色数据中心的关键。文章主要介绍了国内数据中心采用的主流制冷技术及其推动因素。

5G基站中的冷板式液冷技术分析

阐述冷板式液冷系统节能原理、冷板式液冷基站相较于风冷基站的优势,分析冷板式液冷基站原理和结构,对风冷基站和液冷基站测试数据进行对比,包括能耗测试对比、网络和测试指标对比。

IGBT水冷基板瞬态启停及变工况运行特性实验研究

为避免绝缘栅双级晶体管（insulated gate bipolar transistor,IGBT）水冷基板在非常情况下导致冷却失效甚至造成系统瘫痪的危险发生,针对设计制作的一种平行微通道水冷基板在多种变工况条件下进行了其传热性能的实验研究；实验研究的变工况条件包括供水系统的瞬态启动或停止条件,质量流量60～330 kg/h的波动变化条件以及水冷基板部分流道堵塞的条件,重点研究了实验条件对被冷却器件表面温度及其冷却效果的影响规律。结果表明：瞬态变化条件下高热流密度时会发生危险工况,其反应时间τR＜10 s,流量波动条件下当平均努赛尔数Nu较小时对冷却效果影响较大,水冷基板部分流道堵塞的条件不会导致大幅温升。

基于ICEPAK的液冷冷板散热的性能分析

针对液冷冷板解决电子设备散热问题,在流道区域受限制的情况下,选用3种新型流道形状。利用ICEPAK仿真软件对其进行热仿真分析,探究其散热性能。在限定散热区域内,保持3种流道截面积相等,进口流量相等,从而控制流速相等。均布流道,通过改变流道数目,得到每种形状流道关于温度-流道数目的曲线,对比分析3种不同形状流道的散热性能。同时,对这3种方案进行了试验验证,确保仿真结果与实测数据的一致性。结果表明:双层流道形状方案的散热性能良好,能较好地满足设计要求。

液冷管道对动力锂电池组温度场影响研究

锂电池被广泛用于电动汽车来代替传统能源,但由于锂电池适宜工作最高温度为50℃,所以有效控制电池组温度对于电动汽车设计尤为重要。建立了液冷散热锂离子电池组有限元模型。对不同流道数量的电池组进行仿真,可知增加流道数量能够降低电池组最高温度;分别对相同截面积的圆形和矩形流道电池组进行放电过程热仿真,可知采用矩形流道能比圆形流道更能有效降低最高温度,但同时会提高电池组内最大温差;对不同长宽比的矩形截面流道电池组进行仿真,可知增大流道截面长宽比,能有效降低电池组的最大温度,但过量增大截面长宽比会提高电池组内温差,使电池组的均温性能下降。

数据中心液冷技术发展分析

随着我国信息产业的飞速发展,数据中心总体需求不断提升,单机柜功率密度不断提高,传统的散热方式已不能满足当前高密度数据中心的发展需求。液冷技术的出现,改善了传统的散热形式,并凭借高可靠、低能耗等优势,逐步被应用于数据中心。文章主要对浸没式、冷板式、喷淋式3种液冷技术进行分析,并对3种液冷技术的特点进行对比,归纳3种技术的不同特性。分析液冷系统、应用以及行业发展,为后续建设绿色高效的数据中心提供参考。

模块液体冷却技术及其应用与分析

随着电子技术的迅速发展,电子元器件的总功率密度大幅度增长而物理尺寸却越来越小,而且高温的温度环境会影响电子元器件的性能。有效解决电子元器件的散热问题已成为当前电子元器件和电子设备制造的关键技术,液体冷却技术可在一定程度上适应高热流密度的散热要求。针对模块上电子元器件的液冷问题,该文综述液体冷却的特点,设计不同通道形式的冷板,并进行适当的应用分析。

某相控阵雷达T/R组件热设计研究

T/R组件内功率器件的散热对有源相控阵雷达的性能和可靠性有重要影响。本文针对T/R组件体积小、内部热流密度大的特点,采用强迫液冷的冷却方式,设计了液冷式冷板,并采用热仿真软件Icepak对其进行了热仿真。通过优化设计,可以将主要功率器件的壳温降至90℃以下,满足其可靠工作的温度要求。

微通道液冷冷板散热特性研究

本文研究了3种典型构型微通道冷板的散热特性,分别为冷板盖板与翅片焊接、冷板盖板与翅片不焊接以及翅片双面插排形式。对比了3种不同构型冷板的散热能力并对3种构型冷板的流阻特性进行了研究,发现翅片排布越密集流阻越大,越不利于整个液冷系统的流量分配。研究了冷却液流量对功率芯片温度的影响,发现冷却液流量较小时,流量增加可大幅降低芯片温度,当冷却液流量足够大时,冷却液流量对芯片温度影响不大。通过对不同翅片高度和不同单边厚度的冷板进行研究,发现翅片高度6 mm工况下当翅片和盖板间隙0.3 mm时冷板散热能力最强,其余厚度冷板翅片盖板间隙0.2 mm时散热能力最强。冷板单边厚度越小,传热热阻越小,功率器件温度越低。

液冷冷板散热翅片形状与排布研究

针对密集多热源电子设备发热量大散热困难的问题,设计了一种带翅片的液冷冷板。采用理论计算与ICEPAK热仿真结合的分析方法,研究了7种带有不同形状、不同排布方式的翅片的冷板,对冷板及冷板上热源的温度情况,冷板内流道中冷却液的流动情况进行分析,并通过试验的方法对仿真结果加以验证。研究表明:具有交错排列的菱形翅片冷板可以有效地防止冷板流道内形成流动边界层,破坏长距离流动形成“入口效应”,与其他形式翅片冷板相比具有更好的散热性能;随着冷却液流量的增加,交错排列菱形翅片冷板的散热性能优势更突出。

基于TEC的锂电池液冷系统建模及热力学特性分析

针对锂离子电池组功率密度大、充电及运行中的温度较高以及温度分布不均匀等热安全性问题,设计了一种基于TEC的锂电池高均温冷板液冷散热系统。采用集总参数法建立了系统的仿真模型,完成了工质入口温度扰动、工质流量扰动、TEC驱动电流扰动等3种扰动工况对系统热力学特性的仿真分析,验证了TEC的温控性能。结果表明:流体工质入口温度的变化对冷板温差没有影响,但是会影响系统的稳态时间;流体工质流量越大,对应的冷板温差越小,系统达到稳态的时间也越短;加上TEC作用后,冷板温差明显减小。

某液冷冷板换热特性实验研究

针对电子设备冷却用液冷冷板设计,选用了3种新型的锯齿型翅片作为冷板内芯。为了验证新型冷板的换热特性,应用稳态电加热法,分别对内芯为矩形、梯形和侧向梯形锯齿型翅片的3种冷板以蒸馏水为介质的换热特性进行了实验研究,分别获得了在一定雷诺数范围内的换热无量纲准则式,并对液冷冷板的换热特性进行了比较。结果表明,在小流量区域,3种冷板换热系数差别不大;随着流量增大,侧向梯形锯齿型翅片对冷板通道内的扰动更强,换热性能更好。本实验为液冷冷板设计提供了参考。