電池組的案例
電動汽車電池組散熱仿真研究
摘 要：首先使用平行布置形式、X形布置形式以及梯形布置形式圓柱電池組的排列方式，采用COMSOL建立圓柱電池模型，并設(shè)置放電發(fā)熱條件，在相同布置形式不同風(fēng)速的電池組以及不同布置條件下相同風(fēng)速的電池組，對其做固體和流體傳熱（ht）仿真計算，獲得不同單體排列及不同進出風(fēng)口開設(shè)下的溫度云圖分布，通過分析相同布置形式的出風(fēng)口溫度云圖得出風(fēng)速與溫度的關(guān)系，通過橫向?qū)Ρ炔煌贾眯问降?em>電池組溫度云圖，得出最優(yōu)布置形式方案。
關(guān)鍵詞：電動汽車;電池組散熱;仿真研究;
1 引言
電動汽車的散熱主要是電池組散熱，由于散熱效果直接影響電動汽車的使用，所以動力電池組設(shè)計作為電動汽車三電系統(tǒng)設(shè)計是極為重要的，在有限的車體安裝空間中設(shè)計合理的電池組排列方式以及最佳的熱管理方案[1]。本文通過建立溫度場模型，對電池組模型進行二維仿真，雖然對模型有部分簡化，但還是可以分析出在不同布置形勢下的散熱效果，可以在使用中選擇圓柱電池的最優(yōu)排布方式，提出降低電池組溫度的方法，可以在實際使用中用此方法延長電池組的壽命。
2 圓柱電池組溫度場建模與仿真條件
2.1 電池組二維模型建立與網(wǎng)格劃分
對模型進行了部分簡化的處理后，使用COMSOL進行了二維建模，建模如圖1所示，選擇了25個18650電池為一組進行建模，并只考慮了平行、X形以及梯形的布置形式，模型左邊藍色線條為進風(fēng)口，右邊為出風(fēng)口，如圖1所示。
(a）圖為平行布置形式電池排列方案，（b）圖為X形布置形式電池排列方案，（c）圖為梯形布置形式電池排列方案，三個方案的藍色邊緣的是進風(fēng)口，右邊黑色并且凸起的邊緣為各個布置模型的出風(fēng)口，圖中的25個圓形結(jié)構(gòu)為18650圓柱電池的簡化模型。
展開 拆解特斯拉Model S 電池組（轉(zhuǎn)載）
拆解電池板及連接細節(jié)
電池組表面不僅有塑料膜保護著，而且塑料膜下面還有防火材料的護板。護板下面才是電池組。護板通過螺栓與電池組框架連接，并且連接處充滿了密封粘合劑。外觀來看電池組保護的不錯。
特斯拉Model S電池組板看似非常高大上。其電池組板由16組電池組串聯(lián)而成，并且每組電池組由444節(jié)鋰電池，每74節(jié)并聯(lián)形成。因此特斯拉Model S電池組板由7104節(jié)18650鋰電池組成。
總保險絲位于電池版的前端，并且有外殼保護以防受到撞擊。其采用德國Bussmann巴斯曼，額定工作電流為630A，額定電壓為690V，分?jǐn)嚯娏?00-200kA，在全球化趨勢下該保險絲在印度制造。市場價格在600元左右。
電池板中的16塊電池組均衡平鋪在殼體上，整體結(jié)構(gòu)緊湊，平鋪有利于散熱。每一組電池組由六組單體電池包串聯(lián)而成，但單體電池包的布置并沒有采用均衡布置，而是采用不規(guī)則的結(jié)果，猜測是為了方便電池組內(nèi)的散熱管路布置。
測量了整個電池板的電壓為313.8V，單體電池組電壓為196.3V。顯然這塊電池并沒有達到額定的輸出電壓，可能電池電量并不充足所導(dǎo)致。
電池組內(nèi)每一節(jié)電池都有保險絲鏈接著，以防單節(jié)電池過熱危及整體電池過熱，并且每節(jié)電池保險絲焊接非常精美。電池組中央有線連接到電池控制模塊，這些線用來檢測電池組的電壓，從而保證電池組正常工作。
連接細節(jié)
電池組整體由透明塑料殼包裹住，兩側(cè)有金屬散熱護板包圍。電池厚度比腳掌稍稍厚些，屬于扁長型電池組，從而導(dǎo)致車輛重心可大大降低。總體電池組保護的相當(dāng)不錯。
展開 【汽車設(shè)計】自動化電池組設(shè)計
ANSYS Simplorer 電池單位模型實例，包含六參數(shù)電路模型（上）和代表一個電池單元和冷卻通道的熱模型（下）
采用穩(wěn)態(tài)液體冷卻的GM24 單元模塊原型設(shè)計，可用于試驗驗證。
電池單位模型系統(tǒng)
為解決上述設(shè)計挑戰(zhàn)，GM 的研究人員在Simplorer 中對完整電池組域進行拆分，以創(chuàng)建電池單位模型的表達。單位模型是一個或多個電池單元與相鄰冷卻通道的組合。研究團隊使用現(xiàn)成的Simplorer 組件來表示內(nèi)部電阻、電容以及電氣和熱行為源，根據(jù)電路和熱傳遞建模的理論和經(jīng)驗公式創(chuàng)建多個不同單位模型。完成后，將這些電池單位方便地存儲在Simplorer 用戶庫中，方便電池組設(shè)計師今后使用。在電池組中，獨立單元通過電線并聯(lián)以構(gòu)成單元組，單元組用電線串聯(lián)以構(gòu)成模塊。為了能夠自動復(fù)制電池單位、單元組和模塊，并連接在一起構(gòu)成電池組，CAEBAT 團隊開發(fā)了一種用Python 編寫的、對Simplorer 用戶界面的擴展程序，這樣只要求輸入幾個整數(shù)值就能指定電池組配置。在定位、走線和分層布局完成后，Simplorer 擴展程序會添加用VHDL-AMS 建模語言編寫的定制組件來代表冷卻劑歧管，以及表示駕駛方式的瞬態(tài)載荷。然后，電池組設(shè)計人員可以改變電池組中任何獨立單位的參數(shù)，以分析可能的熱散逸，或者將其替換為用戶庫中的其它電池單位，以考慮多種單元至單元制造方案的影響。這種自動化與靈活性的結(jié)合使CAEBAT團隊能夠評估多種電池組配置方案，考慮冷卻器流動速率的不同特征，并預(yù)測對駕駛方式（例如US06）的熱和電氣響應(yīng)。
“ 自動化與靈活性的結(jié)合使CAEBAT 團隊能夠評估多種電池配置。
驗證和后續(xù)工作
GM 的研究人員將24 單元電池參考模塊的Simplorer 模型與實驗測試結(jié)果進行對比，從而對系統(tǒng)級的方案進行驗證。
展開 大眾 MEB 電池組 ID 系列解析
MEB 電池組的分解概覽
典型的大眾汽車 12 模塊電池組 (HV) 分解圖如下所示。
這種模塊化結(jié)構(gòu)也意味著大眾使用除了內(nèi)部電池模塊和電芯之外幾乎相同的輔助組件。相同的輔助組件：高壓連接器、主從 BMS 等電子組件。擠壓或鑄造或機加工部件，如電池外殼、底板冷卻系統(tǒng)、外殼的上部和下部。大眾汽車還使用了很多緊固件，這些緊固件對于所有車型來說都是相同的類型。這有助于簡化內(nèi)部或供應(yīng)商的制造，因為他們不必從一種車型到另一種車型大幅改變他們的機器、流程和工具。
電池組 VW ID 4 詳細分析
這是用于 VW ID 4 的 12 模塊電池組，82 kWh，每個模塊的總功率為 6.85 kWh，每個模塊有 24 個電池。這些單元采用 8s3p 配置。總單元配置為 96s3p = 288 個單元。每個模塊重 32 公斤。電池組總重量為 489 公斤。
整體電池組冷卻系統(tǒng)
您可以看到冷卻系統(tǒng)（水）的入口和出口。冷卻水流過鋁基板。
冷卻板由兩半組成，底部是成型鋁板，熱管理冷卻系統(tǒng)通道釬焊并沖壓到頂部基礎(chǔ)鋁板上。這是整個底板的切割部分。這些模塊也有導(dǎo)熱膏，首先放在它們下面的底座上。
電池外殼側(cè)安全結(jié)構(gòu)
在側(cè)面和正面加工擠壓件。這是針對正面或背面或側(cè)面的碰撞。這有助于維護電池組的安全。擠壓件在拐角處焊接在一起以形成電池外殼。
緊固件、鑄件和橫截面。
在水平運行的中心鑄件和還固定母線和從屬 BMS 的垂直擠壓件中，包含 2 個定位螺栓孔，用于將電池組連接到底盤。這些孔有兩個螺栓，一大一長螺紋螺栓。
如上所示，除了中心鑄件之外，焊接到電池外殼的電池模塊之間也有很少的鑄造分離部分。
展開 
電池組更便宜 特斯拉推廉價款Model S/X
據(jù)外媒報道，特斯拉近日更新了Model S以及Model X產(chǎn)品線，推出了更便宜的軟件限制版電池組配置選擇。這意味著，如果你的預(yù)算有限，也可購買續(xù)航里程受限的產(chǎn)品，即基礎(chǔ)版的Model S或Model X。
特斯拉CEO埃隆·馬斯克此前曾宣布特斯拉將停止為Model S和Model X提供75千瓦時的電池組。在這之后，很多人猜測特斯拉會用其他電池組產(chǎn)品來替代該方案，不過特斯拉如今的方案是通過“軟件限制電池組”，即特斯拉為Model S和Model X只生產(chǎn)一種100千瓦時的電池組，但為消費者提供兩種選擇，其中一個選擇的車型版本被軟件限制了電能，但價格也會更便宜。
特斯拉Model S
由于只生產(chǎn)一種電池組，特斯拉將不再以電池組的能量容量作為其產(chǎn)品命名方案的一部分。特斯拉現(xiàn)在所說的“Model S和Model X”是其基礎(chǔ)版本，基礎(chǔ)版本的車型都配備了一套鎖定100千瓦時電池組的軟件。性能版本以前用的名稱是Model S和Model X P100D，現(xiàn)在被稱為“Model S和Model X Performance”。據(jù)了解，Model S及Model X的基礎(chǔ)版本均比性能版本降了8000美元（約合人民幣5.4萬元）。
特斯拉Model X
針對這一次的Model S及Model X的配置變化，業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，此舉或有助于特斯拉覆蓋更多的用戶群體，畢竟特斯拉除了Model 3之外，Model S及Model X的價格都較高。
展開 設(shè)計仿真 | 利用 Cradle CFD 設(shè)計最佳液冷電池組
設(shè)計最佳
液冷電池組
Cradle CFD
總部位于班加羅爾的 Sienna ECAD 公司成立于1997 年，是該國十分先進的印刷電路板（PCB）分析/設(shè)計工程公司之一。作為阿瓦隆集團旗下的一家公司，Sienna ECAD 還從事印刷電路板設(shè)計工程、系統(tǒng)集成以及塑料、變壓器、磁性元件、電纜和線束的功能測試。
研究小組需要研究液冷電池的功能，以優(yōu)化冷卻效果。冷卻通道中的流量失衡會造成流動不均勻，從而導(dǎo)致冷卻不均勻，這會導(dǎo)致冷卻套中的傳熱不均勻。此外，考慮到冷卻劑特性對流動機制和傳熱效果的影響，研究小組還熱衷于研究不同冷卻劑對冷卻套中的流動和熱混合的影響。
研究小組決定對雙層電池組的冷卻水套出入口進行逆流和平流兩種不同配置的研究，除此之外他們還研究了冷卻回路中冷卻劑的流速。
01
設(shè)計最佳冷液電池
使用 Cradle ScFLOW，我們團隊成功確定了符合電池組仿真速度、準(zhǔn)確性和詳細程度要求的正確數(shù)學(xué)模型。并且我們能夠設(shè)計出具有最佳的冷卻劑、最優(yōu)流量配置和最佳流速的最佳電池組。
-Savita R Ganjigatti,
工程副總裁, Sienna Ecad Technologies, An Avalon group company
Sienna ECAD 團隊使用 Cradle CFD 軟件的最新電池冷卻數(shù)學(xué)模型，對兩種不同的水套配置進行了模擬，以便在最短時間內(nèi)得出最準(zhǔn)確的結(jié)果。研究小組比較了兩種不同冷卻劑的冷卻性能。第一種冷卻劑是乙二醇和水的混合物，第二種冷卻劑僅為水。
展開 動力電池組的連接與可靠性剖析
如果考慮到動力電池單體的不均勻性，那么這種先并聯(lián)后在串聯(lián)的連接方式對防止出現(xiàn)兩組動力電池組偏流有利。
淺析汽車動力電池包的組成、成組技術(shù)及成組效率對比
通過減小電芯間距和模組輕量化，可使模組成組效率得到較大提高。
軟包電池
軟包電芯模組成組效率約為85％，系統(tǒng)成組效率約為60％。軟包電芯的單體能量密度比圓柱和方形有更高的提升空間，但對模組設(shè)計要求較高，安全性不易把控。
在成組效率方面，相較于軟包和圓柱動力電池，方形動力電池成組效率更高。方形電芯的模組成組效率約為89％，系統(tǒng)成組效率約為70％。方型電芯更適用于規(guī)則箱體，電芯體積變大有利于提高電芯能量密度，后續(xù)模組成組效率提升空間有限，有賴于單體電芯能量密度的提升。
如果按照目前的系統(tǒng)成組效率計算，要達到《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》提出的2020年新型鋰離子動力電池包能量密度260Wh／kg的要求，那么，圓柱單體電芯就需要達到400Wh／kg，軟包單體電芯能量密度要達到433Wh／kg，方形單體電芯能量密度需要達到371Wh／kg。顯然，2020年單體電芯能量密度要達到這個水平有難度，那么進一步提高動力電池的成組效率就變得十分必要和緊迫。
模組優(yōu)化設(shè)計可以從多個方面著手，對于圓柱來說，業(yè)內(nèi)新研發(fā)了21700電芯，相較于18650，電芯直徑變大后，動力電池支架板和集流片孔變大，相應(yīng)重量減輕，動力電池包中電芯數(shù)量減少，同時焊接配件的數(shù)量也相應(yīng)減少。
在鋰動力電池成組技術(shù)中，最重要的是電池管理系統(tǒng)，它是動力電池包的“大腦”，它像“管家”一樣，包攬所有的工作，從監(jiān)控每一級動力電池物理變量，環(huán)境溫度，到系統(tǒng)級動力電池包性能估計，在線診斷與預(yù)警，充、放電與預(yù)充控制，熱、冷管理等。
展開 比亞迪秦EV300之動力電池組
動力電池組概述
動力電池包概述
動力電池包
磷酸鐵鋰電池：13個電池組串聯(lián)，13個BIC；2個分壓接觸器、1個正極接觸器、1個負極接觸器、采樣線束、電池模組連接片和鏈接電纜等。
外觀、接口：
電池包密封蓋上粘貼有電池參數(shù)標(biāo)簽和電池編號、托盤，高、低壓線束接口。
動力電池包高壓端接口：拆裝高壓接口時，注意鎖止機構(gòu)鎖片的字母提示。
動力電池包高壓母線：帶高壓互鎖端子
2. 動力電池包組成結(jié)構(gòu)
組成結(jié)構(gòu)
電池包外部結(jié)構(gòu)：密封蓋板、鋼板壓條、密封條、電池托盤
內(nèi)部結(jié)構(gòu)：電池模組、動力連接片、連接電纜、采集器、采樣線，電池組固定壓條，密封條。
電池組連接方式：
13個模組串聯(lián)組成。（電池包接口：1#電池負極、13#電池正極）
動力電池包內(nèi)部含有4個接觸器和2個保險：(接觸器影響電池組是否可以串聯(lián)）
1#--負極接觸器；
13#--正極接觸器；
6#、10#--分壓接觸器、保險
3. 動力電池包模組種類
組成結(jié)構(gòu)
兩類電池模組（單列和雙列模組：電壓采樣線板，溫度采樣線板、電芯保護蓋）單列模組結(jié)構(gòu)圖--電池模組尾端裝有信息采集器
（單列模組）
BIC—電池信息采集器（電壓采樣、溫度采樣、通訊端口）
雙列模組結(jié)構(gòu)圖--電池模組尾端裝有信息采集器
（雙列模組）
BIC—電池信息采集器（電壓采樣、溫度采樣、通訊端口）
電池信息采集器連接方式
12Pin接插件通訊接口（與分布式BMS進行通訊）
動力電池包采樣線接口定義
4. 電池管理系統(tǒng)
分布式電池管理系統(tǒng)
1個電池管理控制器（BMC）和13個電池信息采集器（BIC）及1套動力電池采樣線組成。
展開 淺析汽車動力電池包的組成、成組技術(shù)及成組效率對比
③通過CAN通訊連接動力電池模組控制器和主控板，將動力電池模組信息傳遞出去。
2）高壓設(shè)計。高壓設(shè)計主要是電芯與電芯之間的串并聯(lián)，以及動力電池模組之間的連接導(dǎo)電方式設(shè)計，一般模組之間只是考慮串聯(lián)方式。這些高壓連接需要達到兩個方面的要求：
①電芯之間的導(dǎo)電件和接觸電阻分布要均勻，否則單體電壓檢測將受到干擾。
②電阻要足夠小，避免電能在傳遞路徑上的浪費。
7）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計
標(biāo)準(zhǔn)化是大工業(yè)以來的長期追求，標(biāo)準(zhǔn)化是降低成本提高互換性的基石所在。具體到動力電池模組，還多了一個梯次利用的目的。目前我國動力電池單體還沒有標(biāo)準(zhǔn)化，模組標(biāo)準(zhǔn)化還有更遠的路要探索。
3.動力電池成組效率比較
目前，行業(yè)內(nèi)圓柱電芯的模組成組效率約為87％，系統(tǒng)成組效率約為65％。對于不規(guī)則的動力電池箱體，圓柱動力電池可充分利用空間，相對方形和軟包更有優(yōu)勢。通過減小電芯間距和模組輕量化，可使模組成組效率得到較大提高。
軟包電池
軟包電芯模組成組效率約為85％，系統(tǒng)成組效率約為60％。軟包電芯的單體能量密度比圓柱和方形有更高的提升空間，但對模組設(shè)計要求較高，安全性不易把控。
在成組效率方面，相較于軟包和圓柱動力電池，方形動力電池成組效率更高。方形電芯的模組成組效率約為89％，系統(tǒng)成組效率約為70％。方型電芯更適用于規(guī)則箱體，電芯體積變大有利于提高電芯能量密度，后續(xù)模組成組效率提升空間有限，有賴于單體電芯能量密度的提升。
如果按照目前的系統(tǒng)成組效率計算，要達到《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》提出的2020年新型鋰離子動力電池包能量密度260Wh／kg的要求，那么，圓柱單體電芯就需要達到400Wh／kg，軟包單體電芯能量密度要達到433Wh／kg，方形單體電芯能量密度需要達到371Wh／kg。
展開 ：屏幕濾波器中與透光和光致發(fā)光的微電池組的結(jié)合
【引言】
鋰離子電池目前主要應(yīng)用到汽車、手機和手表等，電子器件中。如何獲得微米，甚至納米級別的電池是非常有意義的。如果，能夠?qū)⑽⒓{米電池和屏幕組裝在一起，將會大大減少器件的尺寸。目前面臨的問題有：（1）維納電池的制備；（2）電池的透光性；（3）電池的發(fā)光性能；（4）電池的壽命等問題。本文的研究促進了維納電池組與屏幕的結(jié)合發(fā)展進度，制備了具有良好透光性和抗霧能力的光致發(fā)光微電池。
【成果簡介】
近日，中國香港城市大學(xué)支春義和Andrey L. Rogach（通訊作者）等人，獲得一種具有良好透光性和抗霧能力的光致發(fā)光微電池。組裝采用水性ZnMnOx/聚吡咯基微電池具有交叉狀電極的扁平結(jié)構(gòu)，嵌入膠體CdTe量子點的光致發(fā)光明膠基電解質(zhì)和硼砂作為添加劑引入電解液中，這樣可以有效地防止了量子點的發(fā)光猝滅，同時提高了微電池的電化學(xué)性能。其器件的能量密度可達到21 mWh cm-3。另外，組裝三基色（紅-綠-藍，RGB）光致發(fā)光微電池陣列，能夠?qū)崿F(xiàn)電池彩色濾光片的功能，為電池在屏幕的能源得到應(yīng)用。相關(guān)成果以“Light-Permeable, Photoluminescent Microbatteries Embedded in The Color Filter of a Screen”為題發(fā)表在Energy & Environmental Science上。
展開 
HBK為Applus+IDIADA新實驗室電池組測試提供解決方案
其中一個挑戰(zhàn)包括在所有工程領(lǐng)域（機械、電氣和熱能）對高性能電池進行測試。隨著原始設(shè)備制造商大量投資現(xiàn)代車輛的設(shè)計，對包括高性能電池、電驅(qū)動和逆變器在內(nèi)的電氣動力系統(tǒng)的測試也正在相應(yīng)快速增加。</p><p><br></p><h2><strong>待解決的問題</strong></h2><p>Applus+IDIADA是車輛完整工程和測試服務(wù)領(lǐng)域的專家，需要建設(shè)一個新的實驗室，用于對電動和混合動力車輛電池進行測試和認證，包括各個層面——電池、模塊和電池組，在性能和熱測試期間需要進行非常精確的電壓、電流和溫度測量。對于測試設(shè)備，他們提出了兩項基本要求：</p><ul><li>第一，為兩個試驗臺配備兩個<strong>150通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)</strong>，來測量5V電壓以及采集多個溫度測量點非常靈敏的熱電偶信號。必須采用本安系統(tǒng)以確保操作人員免受高達800 VDC的電池電壓影響。</li><li>第二，通過EtherCAT? 并行<strong>實時集成所有測量信號</strong>，這樣測量數(shù)據(jù)可以并行實時集成到自動測試臺及其軟件中。</li><li><br></li></ul><p>此外，Applus+IDIADA還需要該系統(tǒng)易于擴展，可增加任何數(shù)量和類型的輸入和物理量，如溫度（RTD，如PT100/PT1000）、加速度計、應(yīng)變計、壓力傳感器，甚至基于布拉格光柵（FBG）的傳感器，對電池組進行電氣性能、誤用、熱分析和結(jié)構(gòu)完整性測試。</p><p><br></p><p><em>* Applus+IDIADA 技術(shù)中心位于西班牙巴塞羅那附近，是一家為汽車和商用車行業(yè)提供設(shè)計、工程、測試和認證服務(wù)的公司。擁有全面的測試設(shè)施，對任何類型車輛進行廣泛測試所需的資源。Applus+IDIADA是HBK在西班牙重要的客戶之一，非常信賴HBK設(shè)備和解決方案。
展開 FLUENT電池組放電過程模擬
本案例演示1P3S鋰離子電池組放電問題的模擬過程。案例模型如下圖所示。
案例中，電池組的放電過程發(fā)生在200瓦的恒定功率下，電池容量是14.6Ah。
1、啟動FLUENT并導(dǎo)入網(wǎng)格
（1）在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS 18.1→Fluid Dynamics→FLUENT 18.1命令，啟動FLUENT 18.1。
（2）在FLUENT
Launcher界面中的Dimension中選擇3D，在Display Options中勾選Display Mesh
After Reading，Embed Graphics Windows和Workbench Color Scheme，單擊OK按鈕進入FLUENT主界面。
（3）在FLUENT主界面中，單擊主菜單中File→Read→Mesh按鈕，彈出Select File（導(dǎo)入網(wǎng)格）對話框，選擇文件名為1P3S_battery_pack.msh的網(wǎng)格文件，單擊OK按鈕便可導(dǎo)入網(wǎng)格。
（4）導(dǎo)入網(wǎng)格后，在圖形顯示區(qū)將顯示幾何模型。
（5）單擊主菜單中Mesh→Check按鈕，檢查網(wǎng)格質(zhì)量，確保不存在負體積。
（6）單擊主菜單中Mesh→Scale按鈕，彈出如圖5所示Scale
Mesh（網(wǎng)格縮放）對話框。在Scaling中，選擇Special Scaling Factors，在Scaling Factors
X，Y和Z中分別輸入0.1，單擊Scale完成網(wǎng)格縮放。
（7）單擊主菜單中File→Write→Case按鈕，彈出Select File（保存項目）對話框，在Case File中填入battery，單擊OK按鈕便可保存項目。
展開 鋰離子電池組液冷測試系統(tǒng)的數(shù)值-實驗方法設(shè)計
與風(fēng)冷和 PCM 相比，液冷方法通常被設(shè)定為基準(zhǔn)并廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)，鋰離子電池 (LIB) 組的液體冷卻系統(tǒng) (LCS) 對于延長電池壽命和提高電動汽車 (EV) 可靠性至關(guān)重要。
02
成果掠影
近期，上海理工大學(xué)Lei Sheng團隊將電池組的熱分布控制在每個新設(shè)計的 LCS 的理想水平內(nèi)，建立了專用實驗平臺和LCS模型以及EV動力學(xué)模型，以精確確定組件的最佳匹配參數(shù)和系統(tǒng)的運行控制策略。結(jié)果表明，在常規(guī)條件下，實驗與模擬之間的偏差在 3.0% 以內(nèi)。更高的流量和更低的入口溫度導(dǎo)致更低的電池溫度，同時延遲冷卻干預(yù)可以降低功耗20%左右。采用響應(yīng)面法結(jié)合遺傳算法Ⅱ進行多目標(biāo)優(yōu)化，進一步降低功耗2750W，正常1C放電時電池溫度30.83℃ 。此外，本優(yōu)化還展示了驅(qū)動循環(huán)下電池溫度和功耗之間的良好平衡解決方案。結(jié)合實驗和仿真，這項工作對于為 EV 的 LIB 包設(shè)計一個優(yōu)秀的 LCS 是有價值的。相關(guān)研究成果以“Numerical-experimental method to devise a liquid-cooling test system for lithium-ion battery packs”為題發(fā)表于《Journal of Energy Storage》。
03
圖文導(dǎo)讀
圖1 LCS結(jié)構(gòu)圖：LCS(a)原理圖；(b)袋電池模塊。
展開 基于comsol的鋰電池組電化學(xué)耦合風(fēng)冷相變分析 ￥2500
</p><p><br></p><p>4相變材料在動力鋰電池包內(nèi)的應(yīng)用</p><p>4.1 鋰電池熱管理系統(tǒng)對相變材料的要求</p><p>相變溫度低，需要適應(yīng)鋰電池的最佳工作溫度區(qū)間15℃-35℃；</p><p>材料相變溫度小范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，不同類型電芯的最佳工作溫度區(qū)間并不完全一致；</p><p>材料定型形態(tài)，相變前后，最好不要出現(xiàn)液態(tài)氣態(tài)相；</p><p>材料潛熱大，則系統(tǒng)恒溫能力強；</p><p>材料絕緣性好，避免高壓系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣漏電風(fēng)險。</p><p>相變材料質(zhì)量密度低，減小對電池包能量密度的影響。</p><p>滿足上述要求的材料體系并不多，其中石蠟-膨脹石墨是當(dāng)前研究較多的一種。</p><p>4.2 石蠟-膨脹石墨的應(yīng)用</p><p>相變材料在鋰電池熱管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，最早可以追溯到2004年，第一次應(yīng)用于電動踏板車的溫控系統(tǒng)。此后，石蠟-石墨復(fù)合材料，石蠟-膨脹石墨復(fù)合材料逐漸被應(yīng)用于鋰電池熱管理系統(tǒng)。</p><p>根據(jù)研究結(jié)果顯示，石蠟-膨脹石墨復(fù)合相變材料，可以將系統(tǒng)溫差降低至0.2攝氏度（沒有提供電池組的詳細參數(shù)，工況電流大小、電池型號等信息）。同時，研究還證明，相變材料，對于抑制熱失控的蔓延有良好效果。</p><p>石蠟-膨脹石墨復(fù)合材料，石蠟作為相變材料，負責(zé)熱量的吸收和儲存，實現(xiàn)溫控功能。石墨，具備微觀多孔結(jié)構(gòu)。當(dāng)石蠟相轉(zhuǎn)變成液態(tài)，石墨起到完美的吸附作用，避免材料出現(xiàn)液體狀態(tài)。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/201910/imgs/770d065aea014e13acf0c320c261db55.jpeg"></p><p>上圖為一個研究案例中，軟包電池之間夾層放置相變材料的實驗，兩側(cè)電芯的溫升明顯高于中間電芯。
展開 