被動冷卻技術的案例
探究鋰離子電池熱管理的主被動冷卻方法
常見的BTMS現在分為主動冷卻系統和被動冷卻系統。在主動冷卻過程中，電池模組的熱量通過空氣或液體排出。而通過相變材料(PCM)冷卻是被動冷卻。PCM優于空氣和液體熱管理系統，因為它不需要風扇、泵和連接等電氣機械設備。
為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們在高溫下的行為至關重要。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和被動冷卻的熱管理效果。
02
成果掠影
近期，美國能源高級研究中心的Naseem Iqbal教授團隊為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們在高溫下的行為，探究了不同的冷卻方式以及模組的排列方式對新能源電池熱管理的影響。該研究對電池組進行了一系列充放電實驗，以評估熱管理對電池組性能的影響。通過改變周圍條件并使用相變材料來改善熱管理，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境溫度相比，溫差高達約10 ℃，最終會隨著長期使用的時間而降低電池的性能。主動冷卻(空氣冷卻)改善了電池組內部的熱管理，與環境溫度相比，顯示約6 ℃的溫差。然而，被動冷卻顯著改善了電池組內部的熱管理，與環境溫度相比，溫差約為3.5 ℃，這表明使用PCM對電池組進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。研究成果以“Thermal management of Li-ion battery by using active and passive cooling method”為題發表于《Journal of Energy Storage》。
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圖文導讀
表1.不同冷卻方式的優缺點。
展開 具有超快光學調制的被動輻射冷卻智能窗
來源 | Advanced Functional Materials
01
背景介紹
被動輻射冷卻(PRC)材料能夠在零能量輸入的情況下，通過8~13 μm范圍內的大氣透明窗口持續向寒冷的外太空散熱，有利于降低全球能耗，因而在建筑制冷、人體熱量管理、光伏設備制冷、發電和水回收等領域具有廣闊的應用前景。目前，超材料、無機多層結構、納米粒子嵌入結構、多孔聚合物薄膜等均被設計用于PRC領域，并且獲得了高效的PRC效率。為了應對多變的天氣，制冷效率的動態調節顯得尤為重要，但目前僅有少數能夠通過溫度或液體浸潤來實現PRC效率調節的相關報道。然而，這些動態PRC材料的響應性因素在現實環境中具有不可預測性以及不穩定性，且切換速度非常有限。為了滿足實際應用的要求，實現PRC材料冷卻效率的超快和穩定按需控制是極其必要的，但具有挑戰性。
聚合物分散液晶(PDLC)內部呈現多孔結構，通過電場能夠對液晶微滴與聚合物基質間的折射率匹配性進行調節，從而實現薄膜光學性能變化。由于制備簡單且成本低，PDLC在動態光學調節窗、建筑墻壁、投影屏幕等方面得到了廣泛的應用。實際上，PDLC的聚合物基體在紅外區域具有特殊的化學鍵振動，有望在大氣窗口范圍內產生穩定的紅外熱發射，這在過去的研究中顯然被忽視了，有待于進一步的探索。
展開 用于高效被動日間輻射冷卻的分層多孔聚合物涂層
替代能源密集型冷卻方法之一是被動日間輻射冷卻(PDRC)——一種通過反射太陽光[波長（λ）~0.3至2.5μm]并通過大氣的長波紅外（LWIR）透射窗（λ~8至13μm），將熱量輻射到冷的外部空間，表面自發冷卻的現象。近幾十年來的研究已經產生了多種PDRC設計，包括復雜的發射涂層，如光子結構、介質、聚合物，以及金屬鏡上的聚合物-介質復合材料。雖然效率很高，但這些設計成本高且易受腐蝕。
【成果簡介】
今日，在美國哥倫比亞大學虞南方助理教授和樣遠助理教授（共同通訊作者）團隊的帶領下，與美國阿貢國家實驗室和美國布魯克海文國家實驗室合作，報告了一種簡單，可擴展且廉價的基于相轉化的工藝，用于制造具有優異Rsolar和εLWIR 的分層多孔性的聚合物涂層。具體而言，實現了與襯底無關的半球形Rsolar=0.96±0.03和εLWIR=0.97±0.02的分層多孔聚（偏二氟乙烯-共-六氟丙烯）P(VdF-HFP)HP。這些值導致了極好的PDRC能力，例如，在890和750 W m-2的太陽強度下，低溫室溫度為~6℃，平均冷卻功率為~96 W m-2。性能與先前報告中的相當或超過之前的。因為制造技術是基于室溫和溶液的，所以多孔聚合物涂層可以通過常規方法，如涂漆和噴涂施加到各種表面，例如塑料，金屬和木材。此外，它可以摻入染料以實現顏色和冷卻性能之間的理想平衡。涂層的性能和該技術的類似涂料的便利使其成為實現高性能PDRC的可行方法。
展開 回收包裝塑料實現更環保的被動輻射冷卻
來源 | Materials Today Sustainability
01
背景介紹
2021 年，基于各種制冷劑汽化和壓縮的傳統冷卻系統消耗的電力約占美國總電力消耗的10%，這導致環境中大量的溫室氣體排放，從而加速全球變暖。因此，當前開發一種環保節能的冷卻技術十分重要。被動輻射冷卻（PRC）方法可以有效地反射太陽光（0.3 ～ 2.5 μm），并通過大氣透明窗口（8 ～ 13 μm）向寒冷的外層空間（～3 K）發射紅外熱輻射。這些冷卻過程同時發生，且無需任何電力輸入，這為減少各種冷卻應用中的能耗提供了絕佳的機會。近年來，人們提出了多種PDC結構成功實現了陽光直射下冷卻，包括多層結構、超材料、隨機分布顆粒結構和多孔結構。盡管這些低溫冷卻結構具有良好的性能，但其設計和制造過程復雜且成本高昂，阻礙了其廣泛應用。
目前，全球對塑料的需求持續增長，預計到2030年將達到每年4.17億噸。這也導致了塑料廢物急劇增加。促進塑料的減量、再利用和回收可以有效防止更多的聚合物材料釋放到環境中，從而遏制環境污染。目前，機械回收是五種主要包裝塑料環境和經濟可持續經濟的主要工具：聚對苯二甲酸乙二醇酯（PETE）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和聚氯乙烯（PVC），但機械降解仍然受到成本的限制。因此，迫切需要提出一種基于機械的策略來提高其回收價值。打印紙由于原材料豐富且具有出色的生物降解性，成為PRC結構的良好候選材料，然而，雖然打印紙具有被動輻射冷卻特性，但其耐水性不足，使其無法靈活應用。
展開 
探究鋰離子電池熱管理的主被動冷卻方法
常見的BTMS現在分為主動冷卻系統和被動冷卻系統。在主動冷卻過程中，電池模組的熱量通過空氣或液體排出。而通過相變材料(PCM)冷卻是被動冷卻。PCM優于空氣和液體熱管理系統，因為它不需要風扇、泵和連接等電氣機械設備。
為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們在高溫下的行為至關重要。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和被動冷卻的熱管理效果。
02
成果掠影
近期，美國能源高級研究中心的Naseem Iqbal教授團隊為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們在高溫下的行為，探究了不同的冷卻方式以及模組的排列方式對新能源電池熱管理的影響。該研究對電池組進行了一系列充放電實驗，以評估熱管理對電池組性能的影響。通過改變周圍條件并使用相變材料來改善熱管理，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境溫度相比，溫差高達約10 ℃，最終會隨著長期使用的時間而降低電池的性能。主動冷卻(空氣冷卻)改善了電池組內部的熱管理，與環境溫度相比，顯示約6 ℃的溫差。然而，被動冷卻顯著改善了電池組內部的熱管理，與環境溫度相比，溫差約為3.5 ℃，這表明使用PCM對電池組進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。研究成果以“Thermal management of Li-ion battery by using active and passive cooling method”為題發表于《Journal of Energy Storage》。
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圖文導讀
表1.不同冷卻方式的優缺點。
展開 新型被動冷卻方案：用于質子交換膜燃料電池堆的均熱板
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成果掠影
近期，華南理工大學機械與汽車工程學院簡棄非教授團隊提出了一種新穎的被動冷卻方案，將均熱板集成到質子交換膜燃料電池堆中進行熱管理。研究團隊設計并制作了1.32 mm厚的均熱板，并通過使用加熱墊在不同功率下進行測試來驗證其傳熱性能。在確認均熱板能夠滿足散熱要求后，在快速啟動和穩態運行期間對與均熱板耦合的電池堆的輸出特性進行實驗評估。結果表明均熱板在熱通量密度僅為 0.052 W/cm2的情況下有效運行在蒸發部分，同時在 48 W 下保持最大面內溫差 2.6 °C。在電池堆從 0 A 到 40 A 的快速啟動加載過程中，均熱板表現出快速的熱響應和出色的溫度均勻性，防止由于工作溫度不當而導致堆棧性能下降。與一般的風冷電池堆相比，與均熱板結合的電池堆的電壓顯著提高了 21.7%。這些結果系統地證明了均熱板用于風冷質子交換膜燃料電池堆熱管理的可行性。相關研究成果以“Experimental study of a passive thermal management system using vapor chamber for proton exchange membrane fuel cell stack”為題發表于《Renewable Energy》。
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圖文導讀
圖1 (a)PEMFC傳熱原理圖，(b)蒸汽室工作原理圖。
展開 通過被動冷卻拯救地球：新型陶瓷和玻璃輻射涂層提供穩定性和可擴展性
雖然空調似乎是一種解決方案，但使用這項技術會導致氫氟碳化物和溫室氣體的排放，從而推動氣候變化。因此需要其他不會產生任何排放的冷卻方法。
輻射涂層可以在不使用機械制冷設備的情況下提供被動冷卻。這些涂層旨在反射太陽輻射并向寒冷的外太空發射熱輻射，從而實現無電自發冷卻。近年來，研究人員在輻射涂層方面取得了許多進展，這在很大程度上要歸功于微納加工方面的創新。今天的CTT概述了最近發表在《科學》第382卷第6671期上的兩篇論文，這兩篇論文利用這種制造技術來開發新的輻射涂層。
受甲蟲啟發的陶瓷涂層實現了近乎完美的太陽反射率
香港幾所大學的研究人員設計了一種新的陶瓷輻射涂層，其太陽反射率接近完美的99.6%。該涂層令人印象深刻的性能歸功于其納米結構，其靈感來自Cyphochilus甲蟲。Cyphochilus甲蟲原產于東南亞，被認為是地球上最白的昆蟲。它的著色是由于覆蓋甲蟲整個外骨骼的微小鱗片的排列。這些鱗片只有 6 μm 厚，形成了一個高度連接且致密的幾丁質網絡，即一種長鏈聚合物，可為甲殼類動物、昆蟲的外骨骼和真菌的細胞壁提供強度。甲殼素的散射效率極高，導致超白外觀。
以前的研究，例如這里，已經從Cyphochilus甲蟲中汲取靈感，以創造可持續和生物相容的超白涂層。但這項新研究通過創造一種既美觀又實用的涂層，將這一靈感向前推進了一步。
香港研究人員通過一種可以很容易地進行大規模生產的工藝制造了陶瓷涂層。首先，他們將聚醚砜（PES）、N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）和α-氧化鋁的溶液澆鑄到平坦的基板上，并將其浸入乙醇中，使NMP溶解。然后，他們燒結材料以去除PES，并以類似于Cyphochilus甲蟲鱗片的多孔圖案粘合氧化鋁顆粒。
展開 被動安全技術
可見，氣囊畢竟是被動式防撞安全裝置，只有采用主動式汽車防撞安全系統，才能更為有效而經濟地避免事故的發生，難怪有些專家說，氣囊只是一種過渡產品。這讓人想起中國人常識的：“以預防為主”。
科普 | 帶你了解汽車被動安全技術
這就是接地氣的被動安全技術 ，車里的安全帶全稱三點式安全帶，設計巧妙，結構又很簡單，它除了有普通安全帶卷收器的收放織帶功能外，還有控制裝置和預拉緊裝置，時刻保護我們的生命安全。
懸架技術介紹上篇-傳統被動懸架
01
懸架系統
通常情況下，懸架系統是指車身和車輪之間的連接裝置的總稱，它充當車輛的駕乘人員和行駛路面之間的橋梁。車身和輪胎之間的各種力和扭矩，例如支撐力、制動力和驅動力，通過懸架系統傳遞到車身，以保證車輛處于正常狀態。這樣，由不平整道路引起的振動是在車輛行駛期間不可避免的現象，并且不平路面引起的路面輸入與駕乘舒適度的研究有著密切的聯系。因此，需要懸架系統有效地緩解由不規則路面引起的沖擊載荷，減弱振動，并確保駕乘人員的乘坐舒適性和保持車輛的抓地能力，這對車輛的整體性能具有顯著的影響。顯然，一個良好設計的懸架系統應該能夠在一個寬泛的振動環境中充分的運行。
02
懸架系統的組成
常規的汽車懸架系統基本上由
1、彈性元件（各類彈簧，起緩沖作用）；
展開 從“被動監控”到“主動預警”：紅外熱成像技術如何重塑安防體系
紅外熱成像技術正成為現代安防體系中的關鍵感知手段，有效彌補了傳統安防在復雜環境下的監測短板，實現全方位、全天候的安全守護。
傳統安防依賴可見光攝像頭、紅外對射等設備，在夜間、弱光、雨霧等惡劣天氣下往往監控效果不佳，存在安全隱患。紅外熱成像技術基于熱輻射探測原理，具備強穿透、全天候的監控能力，突破了環境與時間的限制，廣泛應用于邊境防護、關鍵基礎設施安保、城市安全及消防救援等領域。
紅外熱成像在安防中的核心優勢
環境適應性強，實現“全天候無盲區”監測
不受光線影響：通過非接觸式測量，可在完全黑暗或強光眩光環境中清晰成像，消除低光無光環境的監控盲區。
穿透惡劣天氣：在雨、霧、雪、沙塵等天氣中，紅外線穿透能力遠強于可見光，確保系統在極端天氣下穩定運行，支持24小時不間斷監測。
精準識別風險，實現“從被動到主動”監測
發現隱蔽目標：可穿透草叢、偽裝物等非金屬遮擋，識別隱藏人員或熱源設備，適用于周界防護、廠區排查等場景。
預判潛在事故：通過監測設備異常升溫（如電氣線路老化、變壓器過熱），在火災前兆階段觸發預警；也可通過熱源移動軌跡識別人員異常滯留、非法闖入等行為。
適配多種場景，靈活接入現有安防體系
固定監控場景：在廠區周界、高層建筑、變電站等重點區域安裝固定熱成像攝像機，直接接入原有安防系統，實現自動監控與報警。
智能聯動：可與報警系統、消防設備聯動，檢測到異常時自動觸發警報、啟動消防噴淋，大幅縮短響應時間。
典型應用場景
關鍵基礎設施安保：對電站、水庫、通信樞紐、機場等重點設施進行全天候、遠距離監控，及時發現非法入侵，保障設施安全。
展開 
汽車被動安全測試技術發展現狀及發展趨勢分析
汽車安全分為主動安全(ActiveSafetySystem)與被動安全(PassiveSafetySysterns)。
事故發生后被動安全技術起主要作用，而被動安全技術的發展離不開被動安全測試技術。被動安全測試技術是用來對被動安全開發技術進行檢測的技術，能夠驗證車輛開發的被動安全技術有效性。
本文系統的分析了現階段汽車被動安全測試技術的發展現狀，同時基于發展現狀分析了未來被動安全測試技術的布局重點，對個別重點內容進行了具體的前瞻性研究。
1汽車被動安全測試技術發展現狀
隨著被動安全技術的快速發展，圍繞著被動安全測試規范形成了諸多的被動安全測試技術。現階段針對汽車被動安全測試技術，主要分為實車碰撞測試技術、滑臺及零部件測試技術。
1.1實車碰撞測試技術
實車碰撞技術是根據實際的交通事故碰撞類型演變產生，主要包括車對車碰撞測試、車與移動壁障碰撞測試、車與固定壁障碰撞測試。
（1）車對車碰撞測試
車對車碰撞測試大部分是帶角度和不帶角度的小偏置測試，碰撞中兩車的重疊率不同，沖擊力的傳遞途徑也不同，吸能零部件的變形也不同，直接影響了碰撞的結果。相對于車對障礙物碰撞試驗而言，在車對車碰撞中，碰撞能量的吸收與分散情況比車對材質均勻的障礙物碰撞更加復雜，對硬度不均勻的車輛結構和零件碰撞吸能提出了更苛刻的要求。因此車對車碰撞測試更加嚴格，更能體現出車輛真實的安全性水平，如圖1所示。
（2）車與移動壁障碰撞的測試
車與移動壁障碰撞的測試是現在許多測試技術發展得重點方向，如圖2所示。
移動壁障種類主要包括側碰移動壁障、后碰移動壁障、正面碰撞移動壁障。
展開 被動網格6DOF技術在垂直風力機優化設計中的應用
圖1滑移網格法得到的垂直風力機速度場三維分布圖
1.本案例采用的技術介紹
1.1 針對垂直風力機旋轉模擬最佳方法即被動網格法，但存在如下操作難度亦也是本案例的創新點：
（1）采用被動網格，對網格質量要求很高，很容易出現負體積；
（2）由于采用被動網格考慮的因素會更多，風力機的中心，慣性矩及體積等參數都需要借助solidworks，UG，ProE等進行獲取；
（3）需要編寫UDF函數
如圖2所示為本案例中采用的分析模型；
圖2本案例采用的五葉片分析模型
1.2 圖3為本例中采用的UDF函數；
圖3 本例UDF函數
1.3 網格劃分
建立局部網格的加密區，如圖4所示
圖4 網格劃分圖
2 結果分析圖
模擬可得垂直風力機葉片周圍的速度、壓力、湍流強度分布圖，以及不同葉片寬度下風力機的功率系數，從而可以用于確定風力機的最優設計，在保證功率系數最大的情況下，減少葉片表面風壓。
圖7為轉速為17rpm時不同葉片寬度的的力矩系數-時間曲線，從圖中可以看出，當葉片寬度為0.76m時力矩系數的周期性不是很明顯，同一周期內差別明顯，隨著葉片寬度的增加，力矩系數的變化出現了明顯周期性規律，同時可以看出葉片寬度在0.8m和0.82m時相同周期內各力矩系數的峰值之間差距相比于其他兩種葉片寬度最小。
圖5 速度及渦黏度分布圖
圖7 轉速為17rpm時不同葉片寬度的的力矩系數-時間曲線
展開 【11月16-17日 北京】新能源汽車被動安全技術高級培訓班
新能源汽車被動安全技術高級培訓班
培訓背景
隨著全球經濟的高速發展，能源和環境問題日益突出，節約能源、保護環境已成為世界各國共同面臨的重大挑戰。為了應對日益突出的環境污染等問題，近些年國內外新能源汽車得到了大力發展。根據十三五規劃，到2020年，中國新能源汽車產量將達到200萬臺，保有量突破500萬臺。可以預見，新能源汽車將在未來幾年保持較高的增長態勢。新能源汽車市場繁榮發展的同時，新能源汽車安全事故也引起了社會廣泛關注。
新能源汽車通常重量大于燃油車，碰撞時動能更大，對吸能空間和結構耐撞性要求更高。新能源汽車還擁有大量的高壓元器件，在碰撞中受到擠壓沖擊可能引起短路、起火甚至爆炸，也可能與乘員發生接觸從而引發電擊傷害。隨著我國新能源汽車銷量和保有量的增加，新能源汽車碰撞安全問題日益突出，碰撞安全性能已成為新能源汽車產品的核心競爭力。
為加快建立國內汽車制造企業產品創新和自主開發體系，提升產品開發創新能力與核心競爭力，并分享國內外汽車安全設計理念和先進方法，特邀請汽車碰撞安全領域資深專家為本次培訓系統授課，同時針對現場提出的相關問題分享演講者在此方面的經驗體會。
時間地點
時間：11月16-17日
地點：北京（具體地點于培訓前一周通知）
參加對象
國內汽車主機廠及零部件公司技術中心、技術部、CAE分析部、試驗部、車身設計科、工藝材料科及負責技術開發、產品設計、工程分析的管理人員和科研人員。
主講專家
資深專家：畢業于美國University of Oklahoma，航空與機械工程，博士，國家“千人計劃”特聘專家。
展開 電動汽車電機"冷卻"技術
此外，Equipmake還為APM200研發了專用逆變器，采用了結合碳化硅二極管和IGBT（絕緣柵雙極晶體管）的動力電子技術，使得電機能在高變頻下保持大功率運轉。
輪輻電機系統剖析圖(Equipmake)
一冷再冷
冷卻是決定電機性能的關鍵。電機磁鐵的溫度越低，電機輸出峰值功率的時間就越長。但是，光做到冷卻還不夠，必須要保證冷卻的成本適中、質量可靠、量產效率高。
Foley表示，“輪輻電機的結構能夠滿足以上這些要求。傳統的永磁電機的磁鐵呈V型，被壓在轉子四周的壓片上，壓入深度很淺，而輪輻電機的磁鐵則像輻條一樣垂直于鋁制轉子的表面，使得磁鐵得以非常接近冷卻液（60℃水/乙二醇）。換言之，傳統電機的磁鐵是分布在壓片上，所以無法接近冷卻液；而輪輻電機磁鐵的一端是在鋁制中心轂上，所以我們可以讓冷卻液足夠靠近磁鐵，達到散熱的目的。盡管和傳統電機相比，輪輻電機的生產難度更高，但是我們設計的電機已經可以量產，對此我們很有信心。”
Foley表示，實現電機量產的關鍵在于落實設計細節，比如找到將壓片安裝在中心轂上的方法，“中心轂基本上是鍛造件。我們的冷卻非常高效，所以能獲得所需的高強度。鋁制中心轂的溫度控制在100℃以下，因此我們可以使用成本低但性能、可靠性、壽命都毫不遜色的磁鐵。熱能工程是讓一款電動汽車電機脫穎而出的一大關鍵。”
據Foley介紹，雖然輪輻結構在汽車行業的知名度還不高，但事實上其拓撲結構早已廣為人知。Equipmake輪輻電機的結構還要追溯到公司此前參加的一個名為“HIPERCAR”（高性能減碳）的英國研究項目，一同參與的還有Delta Motorsport公司和Ariel公司，項目的目標是在2020年前推出量產超高性能減排跑車。
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