電機(jī)冷卻系統(tǒng)熱管理的案例
某PHEV汽車電機(jī)冷卻系統(tǒng)熱管理策略優(yōu)化
盧山、盧桂萍等基于V字型開(kāi)發(fā)模式，對(duì)某插電式混合動(dòng)力汽車整車熱管理控制策略進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，經(jīng)過(guò)算法設(shè)計(jì)、模型開(kāi)發(fā)、單元測(cè)試、功能驗(yàn)證和實(shí)車驗(yàn)證整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程，保證各零部件的工作溫度在合理范圍內(nèi)，符合其控制軟件的功能需求.李峰對(duì)某插電式混合動(dòng)力汽車設(shè)計(jì)了一套利用發(fā)動(dòng)機(jī)熱量給電池預(yù)熱、電機(jī)熱量給發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱的方案，研究了基于發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、電機(jī)水溫、電池SOC不同而采用不同預(yù)熱模式的控制策略，從而提高了整車的能源利用效率.
然而，對(duì)于熱管理系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行部件的能耗研究較少.電子水泵、電動(dòng)壓縮機(jī)、電子風(fēng)扇等這些驅(qū)動(dòng)熱管理系統(tǒng)工作的重要部件，本身需要消耗一定的電池電量.對(duì)這些部件，設(shè)計(jì)合理的控制邏輯，在滿足系統(tǒng)合理工作水溫的前提下，降低其本身能耗也甚為重要.
1 插電式混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本文針對(duì)某插電式混合動(dòng)力汽車設(shè)計(jì)了一套整車電機(jī)冷卻熱管理系統(tǒng)，來(lái)保證動(dòng)力系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)在各模式/工況下的安全可靠運(yùn)行.
該款插電式混合動(dòng)力汽車的整車熱管理系統(tǒng)原理如圖1所示，該系統(tǒng)共有4個(gè)冷卻回路.分別是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻及空調(diào)采暖系統(tǒng)回路；動(dòng)力電池升溫/降溫系統(tǒng)回路；空調(diào)制冷系統(tǒng)回路；電機(jī)冷卻系統(tǒng)回路.
圖1 熱管理系統(tǒng)原理圖
發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻及空調(diào)采暖系統(tǒng)回路與傳統(tǒng)燃油車相比，在暖風(fēng)支路增加了一個(gè)電子水泵和單向閥、水加熱PTC、以及一個(gè)三通閥，保證車輛在純電動(dòng)模式下的乘員艙采暖需求.同時(shí)，在暖風(fēng)支路并聯(lián)了一個(gè)板式換熱器，與動(dòng)力電池升溫/降溫系統(tǒng)回路進(jìn)行耦合換熱，從而保證動(dòng)力電池的升溫需求.
動(dòng)力電池升溫/降溫系統(tǒng)回路，是一個(gè)包含了板式換熱器、Chiller（動(dòng)力電池冷卻器）、動(dòng)力電池水冷板、電子水泵的回路系統(tǒng).通過(guò)板式換熱器與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻及空調(diào)采暖系統(tǒng)回路耦合換熱，保證動(dòng)力電池的升溫需求.通過(guò)Chiller與空調(diào)制冷系統(tǒng)回路耦合換熱，保證動(dòng)力電池的降溫需求.
展開(kāi) 考慮系統(tǒng)體積和冷卻性能的風(fēng)冷電池熱管理系統(tǒng)策略
高能量密度電池在充電和放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高熱量，如果熱量長(zhǎng)時(shí)間聚集在一起，不僅會(huì)損害電池的使用壽命，還會(huì)增加熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸨ǎ＜叭松戆踩ＴO(shè)計(jì)良好的電池熱管理系統(tǒng)（BTMS）可以有效散熱，提高車輛性能，保證車輛和駕駛員的安全。因此，電池熱管理系統(tǒng)具有重要的研究?jī)r(jià)值和理論意義。當(dāng)前的研究主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，以降低系統(tǒng)的最高溫度為主要目的。然而，冷卻系統(tǒng)的體積對(duì)于電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)也很重要，卻很少受到關(guān)注。
02
成果掠影
近期，新疆大學(xué)盧浩老師團(tuán)隊(duì)提出了一種新的電池熱管理系統(tǒng)優(yōu)化策略，該策略綜合考慮系統(tǒng)體積和冷卻性能，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用確定合適的熱管理策略。所提出的方法分為四個(gè)步驟：優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建立計(jì)算代碼、多目標(biāo)優(yōu)化和綜合模擬決策。基于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）的數(shù)值模擬用于驗(yàn)證優(yōu)化后系統(tǒng)的冷卻性能。與當(dāng)前三種電池熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，體積最多減少了13.01%。穩(wěn)定發(fā)熱過(guò)程中，最大溫差分別降低了65.79%、40.65%和63.69%，溫度均勻度分別提高了65.87%、34.93%和60.80%。電池組非穩(wěn)態(tài)發(fā)熱情況下，5C放電倍率的時(shí)候，最大溫差下降2.28 K，最大溫差和溫度均勻性分別下降57.11%和49.15%。相關(guān)研究成果以“A flexible optimization study on air-cooled battery thermal management system by considering of system volume and cooling performance”為題發(fā)表于《Journal of Energy Storage》。
展開(kāi) 液冷電池熱管理系統(tǒng)在不同冷卻情況下的性能分析
來(lái)源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車（EV）和儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）等領(lǐng)域，其性能直接影響了系統(tǒng)運(yùn)行的安全與效率。鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率低、成本低、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，但它們的性能對(duì)溫度非常敏感。熱安全性是限制電池發(fā)展的重要因素。通常情況下，電池模塊的最高溫度應(yīng)保持在288~313 K之間，電池之間的最大溫差應(yīng)控制在5 K以內(nèi)，以保證電池穩(wěn)定運(yùn)行。
電池熱管理系統(tǒng)的特點(diǎn)主要包括體積小、成本低、安裝簡(jiǎn)單、可靠性好等，也分為有源或無(wú)源、串聯(lián)或并聯(lián)等。無(wú)論是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)還是混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，電池都是主要組成部分。充電時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)充當(dāng)負(fù)載，放電時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)充當(dāng)發(fā)電機(jī)組，并且只能在一定的溫度范圍內(nèi)放電和儲(chǔ)存電力。電池熱管理系統(tǒng)可以保證電池工作在最佳溫度范圍并保證電芯和模組的溫度均勻性，高溫會(huì)加劇電池內(nèi)部的副反應(yīng)，影響電池壽命甚至引發(fā)熱失控。然而低溫會(huì)導(dǎo)致內(nèi)阻增大、容量下降，進(jìn)而導(dǎo)致電池性能下降。因此，為了實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的最佳性能，需要合適的電池熱管理系統(tǒng)。
02
成果掠影
近期，吉林大學(xué)江彥老師團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種高效的電池熱管理系統(tǒng)，可以控制電池模塊的溫度，從而提高整體性能。該研究針對(duì)由12節(jié)方形LiFePO4電池組成的電池模塊設(shè)計(jì)了不同類型的液冷熱管理系統(tǒng)。以計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬為主要研究工具，提出了從傳熱和流動(dòng)阻力兩個(gè)方面評(píng)價(jià)冷板性能的參數(shù)，以及冷卻面、入口數(shù)量和冷卻液方向?qū)ζ?em>冷卻效果進(jìn)行了研究。
展開(kāi) 一種用于鋰離子電池組熱管理的液體冷卻系統(tǒng)
在低溫或高溫環(huán)境下工作都會(huì)導(dǎo)致電池性能下降，壽命縮短，甚至熱失控。因此，一個(gè)優(yōu)秀的電池熱管理系統(tǒng)(BTMS)對(duì)于保證鋰離子電池安全高效的運(yùn)行狀態(tài)是非常必要的。
根據(jù)冷卻策略的不同，BTMS可分為被動(dòng)冷卻系統(tǒng)、主動(dòng)冷卻系統(tǒng)和被動(dòng)與主動(dòng)相結(jié)合的混合系統(tǒng)。在被動(dòng)冷卻系統(tǒng)中，沒(méi)有任何額外的功耗，但它們也不能控制冷卻系統(tǒng)來(lái)改變冷卻速率。在鋰離子電池表面實(shí)施特殊的材料或散熱結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)電池與外部環(huán)境之間的高傳熱能力。典型的例子包括自然空氣對(duì)流，相變材料(PCM)和熱管。
被動(dòng)空氣冷卻的冷卻能力很低，不適合冷卻高能量密度的鋰離子電池。PCM在融凍過(guò)程中能夠儲(chǔ)存和釋放大量的能量，近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注。將PCM裝入BTMS的主要優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)良好的電池溫度均勻性和靈活的幾何形狀。然而，PCM的低導(dǎo)熱性阻礙了電池的散熱速率，在高速率充放電條件下存在嚴(yán)重的隱患。因此開(kāi)發(fā)出具有優(yōu)異的散熱性能的新能源電車的電池熱管理系統(tǒng)是非常重要的。
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成果掠影
近期，哈爾濱工業(yè)大學(xué)馮宇教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)液冷電池熱管理系統(tǒng)(BTMS)取得新進(jìn)展。由于常見(jiàn)的線性流道結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了嚴(yán)重的溫度分布不均勻。該團(tuán)隊(duì)提出了一種具有多通道的新型錐形通道散熱器，以提高電池溫度均勻性，降低BTMS的功耗。團(tuán)隊(duì)分析比較了8種不同設(shè)計(jì)的電池最高溫度和溫差、溫度不均分布參數(shù)和功耗性能，同時(shí)，分析了延遲冷卻策略對(duì)液冷系統(tǒng)溫度均勻性的影響。結(jié)果表明，采用錐形通道散熱器結(jié)構(gòu)可以改善BTMS的冷卻性能，而增加通道數(shù)可以改善熱性能，但代價(jià)是增加功耗。三道通道的錐形流形結(jié)構(gòu)具有最佳的冷卻性能，在電池溫度和溫差限制內(nèi)，其功耗比基礎(chǔ)降低了86.3%。
展開(kāi) 
XING Mobility推出下一代浸沒(méi)式冷卻電池熱管理系統(tǒng)
來(lái)源 | XING Mobility官網(wǎng)
近日，先進(jìn)電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)的領(lǐng)先供應(yīng)商XING Mobility憑借其下一代浸沒(méi)式冷卻技術(shù)在CES 2024上掀起波瀾。XING Mobility由特斯拉和松下的資深人士創(chuàng)立，自2015年以來(lái)一直處于這種改變游戲規(guī)則的電池熱管理方法的最前沿。
浸沒(méi)式冷卻是一種改變游戲規(guī)則的電池熱管理方法。XING不依賴傳統(tǒng)的空氣或液體冷卻系統(tǒng)，而是將電池浸入特殊的介電液中。這種流體專為實(shí)現(xiàn)最佳傳熱而設(shè)計(jì)，直接包圍并包裹每個(gè)電池，確保均勻和快速的冷卻。
XING Mobility在CES 2024上的展示了三個(gè)全球領(lǐng)先的技術(shù)：
IMMERSIO?電池到電池組（CTP）架構(gòu)：這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)擁有高達(dá)200 Wh/kg的重力能量密度和高達(dá)400 Wh/L的體積能量密度，是世界上最高的。這一突破允許在不犧牲空間的情況下顯著提高乘用車的電池容量，從而有效地解決了里程焦慮問(wèn)題。
IMMERSIO? XM25 電池系統(tǒng)：XM25 是首款量產(chǎn)的浸沒(méi)式冷卻電池組，可提供 25 kWh 的功率，可用于車輛和儲(chǔ)能系統(tǒng) （ESS） 應(yīng)用。廣泛的測(cè)試確保了其可靠性、環(huán)境適應(yīng)性和高效的功率輸出。
史無(wú)前例的安全測(cè)試結(jié)果：XING Mobility將展示在100%充電狀態(tài)下對(duì)IMMERSIO?電池組進(jìn)行的嚴(yán)格的針刺穿透安全測(cè)試的結(jié)果。值得注意的是，浸沒(méi)式冷卻技術(shù)成功地控制了熱失控，防止了火勢(shì)蔓延。該測(cè)試證明了XING Mobility電池?zé)o與倫比的安全性和穩(wěn)定性。
XING Mobility在CES上的首次亮相恰逢其戰(zhàn)略性進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)。此舉得益于久保田最近的投資和美國(guó)政府對(duì)清潔能源的關(guān)注，使XING Mobility能夠利用快速增長(zhǎng)的電動(dòng)汽車和工程機(jī)械市場(chǎng)。
展開(kāi) 螺旋管流動(dòng)沸騰冷卻與空氣冷卻相結(jié)合的鋰離子電池熱管理
近十年來(lái)，電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車快速發(fā)展，鋰電池在這些系統(tǒng)中的使用為汽車行業(yè)增添了突出的特點(diǎn)，提供合適的條件溫度對(duì)鋰電池的性能和壽命起著十分重要作用，25°C到40°C是電池的最佳范圍，低于或高于此溫度范圍的工作溫度會(huì)導(dǎo)致其性能中斷并縮短其使用壽命。
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成果掠影
近期，伊拉姆大學(xué)機(jī)械工程系 Sajjad Ahangar Zonouzi老師團(tuán)隊(duì)采用組合冷卻方法進(jìn)行鋰離子電池的熱管理。這種冷卻方法是通過(guò)纏繞在電池上的半螺旋管進(jìn)行流動(dòng)沸騰冷卻和通過(guò)電池中的氣流進(jìn)行空氣冷卻的冷卻方法相結(jié)合的。使用控制體積技術(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬，用于模擬流動(dòng)沸騰區(qū)域的模型是歐拉-歐拉多相模型。研究結(jié)果表明，所提出的組合冷卻方法有助于更好的電池組熱管理。由于恒定溫度下的汽化潛熱，螺旋管內(nèi)發(fā)生流動(dòng)沸騰有助于去除大量熱量，并且電池與沸騰流體接觸的部分的電池溫度幾乎保持恒定。沸騰流體質(zhì)量通量的增加和入口空氣速度降低了電池組內(nèi)電池的最高溫度。此外，通過(guò)減小沸騰流體的入口過(guò)冷度，降低了電池的溫度，并且電池組中不同排的電池之間的溫差受空氣入口速度的影響較小。研究成果以“Combination of flow boiling cooling by taking advantage of helical pipes and air cooling for thermal management of lithium-ion batteries”為題發(fā)表于《Journal of Energy Storage》。
展開(kāi) 系統(tǒng)仿真軟件AMESim熱管理模塊學(xué)習(xí)：熱管理基礎(chǔ)
自然對(duì)流換熱：Nu = f(Gr,Pr) = C(Gr.Pr)的n次方 = C.R×a的n次方，對(duì)于層流換熱，n = 0.25，對(duì)于湍流換熱，n=0.33
在Amesim中如上的參數(shù)可以通過(guò)軟件設(shè)定，對(duì)于特定系統(tǒng)，如何決定強(qiáng)迫對(duì)流和自然對(duì)流的比例通過(guò)如下計(jì)算：
Gr/Re平方，若<<1，則忽略自然對(duì)流，若>>1，則忽略強(qiáng)迫對(duì)流，若≈1，則都需要考慮。
對(duì)于一般的通用換熱器我們得到換熱量由換熱效率乘以最大換熱能力，最大換熱能力由Cmin×（Thotin - Tcoldin），Cmin是最小熱熔率，通過(guò)C=dm×Cp計(jì)算，最小熱容即為兩個(gè)物體的最小熱容，Thotin和Tcoldin為熱邊溫度和冷邊溫度。
而換熱效率 = f(Ntu,Cmin/Cmax), Ntu = UA/
而UA = 1/（Rth1+Rtall + Rth2）等效熱導(dǎo)，展開(kāi)如下：
UA = 1/（d1/(Nu1×λ1×A1) + 1/Gtall + d1/(Nu1×λ1×Atu2)）->
Nu= α×Re×Pr（就是要確定這個(gè)，A，d1都是換熱器的參數(shù)）
其中d1/(Nu1×λ1×A1)為水側(cè)的熱阻，d1/(Nu1×λ1×Atu2)為風(fēng)側(cè)的熱阻，1/Gtall為接觸熱阻
3. 基礎(chǔ)熱管理建模
3.1 熱管理基本建模思路
我們對(duì)于熱部件的建模獲取的最終結(jié)果是溫度，但是溫度只是一個(gè)發(fā)熱和換熱結(jié)果的反映，發(fā)熱邊界+流量系統(tǒng)+對(duì)流換熱是建模的必須要做的三件事情，也就是把一個(gè)系統(tǒng)拆解成這三件事去建模。
對(duì)于熱流體屬性Amesim提供了專業(yè)庫(kù)，一般情況可以直接在庫(kù)中找到，對(duì)于熱流體屬性提供三種計(jì)算模式：能量平衡模式（計(jì)算溫度變化的模式）、等熵模式、等溫模式。
關(guān)鍵概念：容性和阻性，容性：輸入流量和輸入壓力，阻性：根據(jù)變壓差算流量。
展開(kāi) 探究鋰離子電池熱管理的主被動(dòng)冷卻方法
熱失控在鋰離子電池中已經(jīng)變得越來(lái)越普遍，熱安全性已經(jīng)成為阻止其使用的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。如果這些熱量不立即消散，不僅會(huì)降低電池性能，還會(huì)引發(fā)熱失控，導(dǎo)致電池燃燒和爆炸。因此建立合適的熱管理系統(tǒng)至關(guān)重要。
電池的安全性可以通過(guò)在電池熱管理系統(tǒng)(BTMS)中監(jiān)測(cè)來(lái)評(píng)估。常見(jiàn)的BTMS現(xiàn)在分為主動(dòng)冷卻系統(tǒng)和被動(dòng)冷卻系統(tǒng)。在主動(dòng)冷卻過(guò)程中，電池模組的熱量通過(guò)空氣或液體排出。而通過(guò)相變材料(PCM)冷卻是被動(dòng)冷卻。PCM優(yōu)于空氣和液體熱管理系統(tǒng)，因?yàn)樗恍枰L(fēng)扇、泵和連接等電氣機(jī)械設(shè)備。
為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們?cè)诟邷叵碌男袨橹陵P(guān)重要。因此本文在不同的條件下，研究了不同條件下鋰離子電池的主動(dòng)和被動(dòng)冷卻的熱管理效果。
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成果掠影
近期，美國(guó)能源高級(jí)研究中心的Naseem Iqbal教授團(tuán)隊(duì)為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們?cè)诟邷叵碌男袨椋骄苛瞬煌?em>冷卻方式以及模組的排列方式對(duì)新能源電池熱管理的影響。該研究對(duì)電池組進(jìn)行了一系列充放電實(shí)驗(yàn)，以評(píng)估熱管理對(duì)電池組性能的影響。通過(guò)改變周圍條件并使用相變材料來(lái)改善熱管理，從而分析電池之間的溫度分布。電池的一般充電放電模式顯示，與未采用熱管理的環(huán)境溫度相比，溫差高達(dá)約10 ℃，最終會(huì)隨著長(zhǎng)期使用的時(shí)間而降低電池的性能。主動(dòng)冷卻(空氣冷卻)改善了電池組內(nèi)部的熱管理，與環(huán)境溫度相比，顯示約6 ℃的溫差。然而，被動(dòng)冷卻顯著改善了電池組內(nèi)部的熱管理，與環(huán)境溫度相比，溫差約為3.5 ℃，這表明使用PCM對(duì)電池組進(jìn)行熱管理可以是一種真正提高電池組壽命和安全性的方法。
展開(kāi) 汽車電池熱管理冷卻技術(shù)分析（含視頻教程詳細(xì)講解）
目前市面上的新能源車電池，主要有4種電池冷卻方式，分別是自然冷卻、風(fēng)冷和液冷、直冷這四種。
汽車電池熱管理冷卻方式介紹
自然冷卻
自然冷卻是最基礎(chǔ)和最簡(jiǎn)單的冷卻方式，?是依賴環(huán)境溫度進(jìn)行散熱的被動(dòng)方式，?利用空氣的自然對(duì)流來(lái)散熱，不需要額外的能源輸入。
?這種方式優(yōu)點(diǎn)是成本低、?無(wú)能耗且不需要額外空間，?缺點(diǎn)是散熱效率較低，?適用于早期的新能源車型。??
風(fēng)冷系統(tǒng)
風(fēng)冷是通過(guò)增加風(fēng)扇來(lái)主動(dòng)促進(jìn)空氣流動(dòng)，?提高散熱效果。
?風(fēng)冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是成本低、?能耗低，?且技術(shù)成熟，?易于控制和維護(hù)。?缺點(diǎn)是其冷卻效果仍然受到環(huán)境溫度的影響，?且在需要加熱電池的寒冷天氣中，?還需要額外的加熱系統(tǒng)。?
液冷系統(tǒng)
液冷通過(guò)冷卻液在電池組中的循環(huán)流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效散熱，?類似于電腦CPU的水冷散熱系統(tǒng)。
?液冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是冷卻效率遠(yuǎn)高于風(fēng)冷，?而且可以通過(guò)加熱冷卻液來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)電池的加熱。缺點(diǎn)是液冷系統(tǒng)相對(duì)較重，?會(huì)占用一定的電池空間，?且后期維護(hù)成本較高。???
直冷系統(tǒng)
直冷系統(tǒng)直接將制冷劑引入電池冷卻管道中，?實(shí)現(xiàn)高效的熱交換。
?直冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是冷卻效率極高，?同時(shí)在加熱電池方面也有出色表現(xiàn)。?其體積小、?成本低于液冷系統(tǒng)，?缺點(diǎn)是技術(shù)難度相對(duì)較高，?需要確保高壓下的密封性能。???
目前汽車電池熱管理主流冷卻方式是液冷。?液冷系統(tǒng)的高效、?靈活和可靠的熱管理能力使其成為目前最主流的動(dòng)力電池冷卻方式。?
汽車電池冷卻常見(jiàn)問(wèn)題
哪種冷卻方式的成本高？
新能源汽車電池冷卻方式中，液冷系統(tǒng)由于涉及更多的組件和復(fù)雜的循環(huán)系統(tǒng)，所以其成本相對(duì)較高。?同時(shí)，?液冷系統(tǒng)可能需要更頻繁的維護(hù)和檢查，?因?yàn)橐后w泄漏可能會(huì)導(dǎo)致冷卻效率下降或損壞電池。?相比之下，?直冷系統(tǒng)的構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，?成本較低，?且維護(hù)需求也較低。
展開(kāi) 探究鋰離子電池熱管理的主被動(dòng)冷卻方法
熱失控在鋰離子電池中已經(jīng)變得越來(lái)越普遍，熱安全性已經(jīng)成為阻止其使用的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。如果這些熱量不立即消散，不僅會(huì)降低電池性能，還會(huì)引發(fā)熱失控，導(dǎo)致電池燃燒和爆炸。因此建立合適的熱管理系統(tǒng)至關(guān)重要。
電池的安全性可以通過(guò)在電池熱管理系統(tǒng)(BTMS)中監(jiān)測(cè)來(lái)評(píng)估。常見(jiàn)的BTMS現(xiàn)在分為主動(dòng)冷卻系統(tǒng)和被動(dòng)冷卻系統(tǒng)。在主動(dòng)冷卻過(guò)程中，電池模組的熱量通過(guò)空氣或液體排出。而通過(guò)相變材料(PCM)冷卻是被動(dòng)冷卻。PCM優(yōu)于空氣和液體熱管理系統(tǒng)，因?yàn)樗恍枰L(fēng)扇、泵和連接等電氣機(jī)械設(shè)備。
為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們?cè)诟邷叵碌男袨橹陵P(guān)重要。因此本文在不同的條件下，研究了不同條件下鋰離子電池的主動(dòng)和被動(dòng)冷卻的熱管理效果。
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成果掠影
近期，美國(guó)能源高級(jí)研究中心的Naseem Iqbal教授團(tuán)隊(duì)為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們?cè)诟邷叵碌男袨椋骄苛瞬煌?em>冷卻方式以及模組的排列方式對(duì)新能源電池熱管理的影響。該研究對(duì)電池組進(jìn)行了一系列充放電實(shí)驗(yàn)，以評(píng)估熱管理對(duì)電池組性能的影響。通過(guò)改變周圍條件并使用相變材料來(lái)改善熱管理，從而分析電池之間的溫度分布。電池的一般充電放電模式顯示，與未采用熱管理的環(huán)境溫度相比，溫差高達(dá)約10 ℃，最終會(huì)隨著長(zhǎng)期使用的時(shí)間而降低電池的性能。主動(dòng)冷卻(空氣冷卻)改善了電池組內(nèi)部的熱管理，與環(huán)境溫度相比，顯示約6 ℃的溫差。然而，被動(dòng)冷卻顯著改善了電池組內(nèi)部的熱管理，與環(huán)境溫度相比，溫差約為3.5 ℃，這表明使用PCM對(duì)電池組進(jìn)行熱管理可以是一種真正提高電池組壽命和安全性的方法。
展開(kāi) 用于電子皮膚熱管理的超薄、柔性、輻射式冷卻界面
然而，柔性電路工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生并積累焦耳熱，導(dǎo)致人體佩戴不舒適甚至面臨皮膚燒傷的風(fēng)險(xiǎn)。此外，戶外溫度、光線以及對(duì)流效應(yīng)同樣會(huì)對(duì)柔性傳感系統(tǒng)的信號(hào)采集造成干擾。因此，開(kāi)發(fā)可以與柔性電子設(shè)備良好結(jié)合的柔性材料，實(shí)現(xiàn)器件散熱、抗環(huán)境干擾等功能成為目前國(guó)際學(xué)界及工業(yè)界關(guān)注的前沿課題。現(xiàn)有的熱管理技術(shù)主要以基于熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流的方式進(jìn)行散熱，但是這些散熱模塊因?yàn)樽陨眢w積、重量以及剛性等限制而不適用于可穿戴柔性電子設(shè)備中。
02
成果掠影
香港城市大學(xué)于欣格/雷黨愿團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種通用的熱管理策略，通過(guò)使用超薄、柔軟的輻射冷卻界面（USRI），該界面允許通過(guò)輻射和非輻射傳熱來(lái)冷卻皮膚電子設(shè)備中的溫度，從而實(shí)現(xiàn)大于56°C的溫度降低。USRI的輕質(zhì)和固有的柔性使其能夠用作適形密封層，因此可以很容易地與皮膚電子設(shè)備集成。從而可以演示包括柔性電路的焦耳熱被動(dòng)冷卻，提高表皮電子器件的工作效率，以及穩(wěn)定皮膚界面無(wú)線光電體積描記傳感器的性能輸出。這些結(jié)果為在先進(jìn)的皮膚界面電子設(shè)備中實(shí)現(xiàn)有效的熱管理提供了一條替代途徑，用于多功能和無(wú)線操作的醫(yī)療保健監(jiān)測(cè)。該論文以“Ultrathin, soft, radiative cooling interfaces for advanced thermal management in skin electronics”為題發(fā)表于《Science Advances》。
03
圖文導(dǎo)讀
圖1 USRI 的設(shè)計(jì)。
圖2 USRI的結(jié)構(gòu)和光學(xué)表征。
圖3 用于皮膚電子設(shè)備中導(dǎo)電互連的被動(dòng)冷卻。
展開(kāi) 
采用電池冷卻方法的鋰離子電池熱管理策略：現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)
圖6 使用熱管的電池熱管理系統(tǒng)（TMS-B）原理圖。
END
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電機(jī)殼體冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及熱仿真分析
“
小結(jié)
在入口處冷卻介質(zhì)流量一定情況下，螺旋式冷卻通道截面參數(shù)，對(duì)永磁同步電機(jī)整體散熱能力具有重要影響，同時(shí)整車端冷卻系統(tǒng)沿程阻力損失、整車冷卻系統(tǒng)油泵的選擇也具有非常重要影響。
螺旋式冷卻結(jié)構(gòu)殼體，在額定工況點(diǎn)下，永磁同步電機(jī)最高溫點(diǎn)位于機(jī)殼繞組端部，最高溫度為138.2℃，電機(jī)可以滿足長(zhǎng)期150℃耐溫的使用要求。
動(dòng)力電池浸沒(méi)式冷卻液的熱管理與流變動(dòng)力學(xué)研究
在充放電循環(huán)中，動(dòng)力電池內(nèi)部高能量密度的上升往往伴隨巨量熱流的產(chǎn)生。若無(wú)法及時(shí)耗散熱量，局部熱點(diǎn)的積聚不僅會(huì)加速電池老化，在極端工況下更易引發(fā)熱失控（Thermal Runaway），導(dǎo)致電池起火乃至爆炸的災(zāi)難性后果。因此，構(gòu)建高效、安全的熱管理系統(tǒng)是突破產(chǎn)業(yè)瓶頸的核心任務(wù)。
傳統(tǒng)的空氣冷卻與間接式液冷存在接觸熱阻大、溫度一致性差等物理局限。浸沒(méi)式液冷技術(shù)通過(guò)將電芯完全浸沒(méi)在絕緣冷卻液中，徹底消除了固-固接觸熱阻，實(shí)現(xiàn)了熱量的快速傳導(dǎo)與吸收，是解決局部熱點(diǎn)問(wèn)題的最佳方案。為了進(jìn)一步突破碳?xì)浠A(chǔ)液體的導(dǎo)熱極限，引入高導(dǎo)熱的金屬氧化物納米顆粒制備成納米流體（Nanofluids），成為了熱管理介質(zhì)的前沿攻關(guān)方向。
▲ 圖1 冷板液冷（a）與浸沒(méi)液冷（b）溫度均勻性對(duì)比
本研究以浸沒(méi)式冷卻液（以純碳?xì)浠A(chǔ)液為基底，分別添加納米氧化銅與納米氧化鋁顆粒）為對(duì)象，從流變動(dòng)力學(xué)與導(dǎo)熱性能的雙重維度開(kāi)展系統(tǒng)性表征與機(jī)理剖析，旨在為動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)的介質(zhì)選型、流道設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐與科學(xué)驗(yàn)證方法。
原料選擇
在評(píng)估新型熱管理介質(zhì)時(shí)，基礎(chǔ)流體的理化特性及其與納米顆粒的適配性是決定宏觀性能的核心。研究團(tuán)隊(duì)選用的基礎(chǔ)液為高性能碳?xì)?em>冷卻液，專為動(dòng)力電池及數(shù)據(jù)中心浸沒(méi)式液冷設(shè)計(jì)。為確保測(cè)試基準(zhǔn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，團(tuán)隊(duì)對(duì)其核心物理參數(shù)進(jìn)行了詳盡測(cè)量。
展開(kāi) 利用AMEsim建立電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)模型
系統(tǒng)原理圖如下，建立電機(jī)冷卻系統(tǒng)仿真模型，進(jìn)行大循環(huán)和小循環(huán)仿真
電機(jī)散熱量21.7kw，運(yùn)行環(huán)境溫度45度,冷卻流量小于25L/min
電機(jī)出水口溫度小于65度時(shí)，節(jié)溫器關(guān)閉，冷卻液不經(jīng)過(guò)散熱器，進(jìn)行小循環(huán)；
電機(jī)出水口溫度大于65度時(shí)，節(jié)溫器開(kāi)啟，進(jìn)行大循環(huán)，
保證電機(jī)出水口溫度在85度以下
QQ：315673349
