保溫設(shè)計(jì)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
保溫設(shè)計(jì)的視頻教程
新能源動(dòng)力電池?zé)峁芾?em>設(shè)計(jì)入門23講
3、學(xué)員可以掌握動(dòng)力電池?zé)峁芾?em>設(shè)計(jì)的基本流程 4、新能源汽車動(dòng)力電池?zé)峁芾?em>設(shè)計(jì)要點(diǎn)，講解電池系統(tǒng)的加熱、冷卻、保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 5產(chǎn)品熱管理設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)過程中的DVP，DFEMA講解。 6、新能源汽車動(dòng)力熱流體仿真分析流程 7、訂閱用戶，可加入講師個(gè)人的VIP學(xué)習(xí)群，與講師持續(xù)交流。
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Hypermesh熱固耦合熱對(duì)流全流程案例講解
其價(jià)值體現(xiàn)在縮短研發(fā)周期、降低試驗(yàn)成本，優(yōu)化設(shè)計(jì)以保障設(shè)備可靠性。典型場(chǎng)景包括汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)優(yōu)化、新能源電池包低溫保溫設(shè)計(jì)、電子設(shè)備散熱路徑規(guī)劃，以及航空動(dòng)力艙瞬態(tài)熱流分析。此外，工業(yè)爐窯熱效率提升和多物理場(chǎng)耦合仿真（如熱 - 結(jié)構(gòu)交互）也是其核心應(yīng)用領(lǐng)域。
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新能源汽車電池/儲(chǔ)能熱管理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)階到高階-十大專題50個(gè)技術(shù)點(diǎn)掌握熱結(jié)構(gòu)建模核心能力
、隔熱保溫材料、支撐材料等進(jìn)行一一講解。
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保溫設(shè)計(jì)的實(shí)例教程
目前，常用的保溫材料包括礦棉、玻璃纖維和聚苯乙烯泡沫塑料在內(nèi)，材料的導(dǎo)熱系數(shù)在0.030-0.090W/(mK)之間。
傳統(tǒng)保溫材料已經(jīng)不能滿足下一代建筑的節(jié)能要求。先進(jìn)的隔熱材料，如氣凝膠，是一類具有超低導(dǎo)熱性的多孔輕質(zhì)材料。然而，這些具有良好隔熱性能的高多孔材料通常具有較低的機(jī)械強(qiáng)度，并且需要額外的結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行加固。目前，單一功能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足下一代建筑的能源效率。設(shè)計(jì)具有高機(jī)械穩(wěn)健性、高保溫性能和多功能的建筑已引起世界各國(guó)的關(guān)注。
然而，在雙碳背景下，需要大量生產(chǎn)建筑材料來減少能源浪費(fèi)。因此，如何提高材料效率，以更少的原材料獲得更高的性能，是下一代建筑材料面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。水泥作為世界上應(yīng)用最廣泛的建筑材料，由于其高機(jī)械強(qiáng)度、長(zhǎng)期耐久性和耐高溫性，是這種多功能創(chuàng)新的有希望的候選者。基于生物啟發(fā)設(shè)計(jì)和材料效率改進(jìn)的進(jìn)一步優(yōu)化已被采用為實(shí)現(xiàn)令人滿意的性能的有效方法。
02
成果掠影
近期，東南大學(xué)佘偉教授聯(lián)合普渡大學(xué)李恬教授團(tuán)隊(duì)，受堅(jiān)固多孔的墨魚骨骼的啟發(fā)，通過在聚合物溶液中自組裝水合鈣鋁硅酸鹽納米顆粒(C-A-S-H，水泥的主要成分)，開發(fā)了隔熱保溫的水泥氣凝膠材料。通過在聚合物溶液中自組裝水泥的主要成分(C-A-S-H納米顆粒)，大大提高了材料效率。該工藝方法避免了水泥原料的煅燒，與普通水泥相比，隱含碳減少了50%以上。所得水泥氣凝膠的質(zhì)量密度僅為0.015 g cm?3。合成的水泥氣凝膠在剛度(315.65 MPa)和韌性(14.68 MJ m?3)方面表現(xiàn)出超高的力學(xué)性能。水泥氣凝膠內(nèi)部具有多尺度孔隙的高孔隙結(jié)構(gòu)極大地抑制了傳熱，從而實(shí)現(xiàn)了超低導(dǎo)熱系數(shù)(0.025 W/(mK))。
展開 首先考慮下箱體材料的不同，鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)為36?54W/(m·k)，鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)為160W/(m·k)，鋁合金比鋼材的導(dǎo)熱性能強(qiáng)，與仿真結(jié)果相反，因此材料導(dǎo)熱性能不是影響本文電池包隔熱保溫性能的主要原因。
其次考慮下箱體結(jié)構(gòu)的不同，剛制與鋁制電池包下箱體截面圖如下圖所示。鋼制電池包下箱體底板為單層高強(qiáng)鋼板，其厚度為0.8mm，鋁制電池包下箱體底板為多層中空結(jié)構(gòu)，其厚度為15mm。中空結(jié)構(gòu)內(nèi)存在空氣，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.0267W/(m·k)遠(yuǎn)小于鋼材和鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)，所以即使鋁合金的導(dǎo)熱性能比鋼材的高，但是由于中空結(jié)構(gòu)中的空氣使得鋁合金下箱體整體的導(dǎo)熱性能比鋼制電池包的導(dǎo)熱性能低。因此電池包下箱體結(jié)構(gòu)是影響本文電池包隔熱保溫性能的主要原因。
3.4 箱體隔熱保溫方案優(yōu)化
3.4.1 鋼制電池包方案優(yōu)化
根據(jù)仿真的結(jié)果，目前鋼制電池包的保溫性能無(wú)法滿足冬季工況設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。
方法一：通過增加海綿橡膠的厚度來提升電池包下箱體的保溫性能。保持上蓋保溫材料厚度不變，將下箱體保溫材料的厚度由原來的5mm增加到15mm并使用Taitherm軟件進(jìn)行仿真分析，根據(jù)結(jié)果計(jì)算出4小時(shí)內(nèi)電芯的平均溫度變化率為2.58℃/h，仍然無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。由于電池包內(nèi)空間限制無(wú)法繼續(xù)增加保溫材料的厚度。
方法二：選用保溫性能更高的材料。綜合考慮保溫性能與生產(chǎn)成本選取泡沫石棉為下箱體的保溫保溫材料，材料厚度的選擇通過使用Taitherm算進(jìn)對(duì)模型多步迭代計(jì)算，最后得出當(dāng)泡沫石棉厚度為15mm時(shí)，4小時(shí)內(nèi)電芯的平均溫度變化率為1.92℃/h，電池包保溫性能滿足設(shè)計(jì)要求。
展開 為了保證系統(tǒng)溫度一致性，冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)利用仿真工具和試驗(yàn)不斷的優(yōu)化，可以從下面幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：
a) 優(yōu)化集流管
b) 調(diào)整冷板的寬度
c) 調(diào)整冷板的內(nèi)部流通截面
d) 調(diào)整主管道的管徑
e) 調(diào)整支路管道的管徑
l 液冷工質(zhì)
l 作為液冷系統(tǒng)的工作介質(zhì)，對(duì)于動(dòng)力電池系統(tǒng)，它的液冷工質(zhì)是十分重要的，在選擇液冷工質(zhì)時(shí)，需要從傳熱能力、黏度、使用溫度范圍、電絕緣性、腐蝕性、可燃性、毒性和費(fèi)用等方面綜合考慮。
電池?zé)峁芾矸桨?em>設(shè)計(jì)
電池包的熱管理方案，涉及到三個(gè)方面的措施：電池組的冷卻、電池組低溫預(yù)熱、電池組保溫。
l 電池組的冷卻設(shè)計(jì)
電池組冷卻的形式根據(jù)傳熱路徑主要有兩種，直接冷卻和間接冷卻。直接冷卻，是冷卻介質(zhì)直接從電芯表面流過，帶走多余熱量；間接冷卻，是冷卻介質(zhì)在管道和散熱器的流道中流過，散熱器與電芯接觸，將電芯熱量傳遞給冷卻介質(zhì)。
l 電池組的低溫預(yù)熱設(shè)計(jì)
池組低溫預(yù)熱，有兩種基本形式：內(nèi)部加熱和外部加熱。
內(nèi)部加熱：利用電池包外部的交流電源，給電池電解液加熱，直至達(dá)到電池包適用的溫度范圍為止。生熱的部件是電池自身，因此稱為內(nèi)部加熱。
外部加熱：利用外部電源，給電池以外的介質(zhì)加熱，介質(zhì)將熱量傳遞給電池，逐步提高電池溫度，直至電池適宜的溫度范圍。外部介質(zhì)包括空氣介質(zhì)和液體介質(zhì)，生熱的元件PTC和加熱膜等。
如下是電池低溫預(yù)熱加1c放電情況下的檢查點(diǎn)溫度和溫差變化，大家可參考理解電池系統(tǒng)在低溫下的溫度變化
l 電池組保溫設(shè)計(jì)
在低溫地區(qū)應(yīng)用的動(dòng)力電池包，箱體一般需要設(shè)計(jì)保溫措施，用來減緩預(yù)熱熱量的散失。防止行車途中短時(shí)停車時(shí)，電池再次降低到工作溫度以下。一般從模組的保溫和系統(tǒng)的保溫兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。保溫措施并不是每臺(tái)具備熱管理功能的車輛都設(shè)置的。
展開 針對(duì)以上兩個(gè)問題，提出如下兩點(diǎn)解決方案：優(yōu)化設(shè)計(jì)鑄件的澆注系統(tǒng)，設(shè)計(jì)保溫與冷卻措施確保鑄件可以順序凝固。
圖3 原始澆注系統(tǒng)縮松、縮孔預(yù)測(cè)圖
2 澆注系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)
根據(jù)圖3所示，縮松、縮孔缺陷大多分布在鑄件中后段，中段缺陷產(chǎn)生的主要原因是金屬液從鑄件左右兩端充入，使得內(nèi)澆道離鑄件中段距離過遠(yuǎn)，進(jìn)而補(bǔ)縮通路過長(zhǎng)。所以應(yīng)在鑄件中段添加如圖4所示鑄件中部的兩個(gè)內(nèi)澆道。后端產(chǎn)生的缺陷是因?yàn)殍T件后端高度過高，這也使得充型和補(bǔ)縮困難。因此，設(shè)計(jì)了縫隙式澆注通道如圖4所示。根據(jù)澆道的分布，設(shè)計(jì)了T型橫澆道。
圖4 優(yōu)化后的澆注系統(tǒng)圖
綜上所述，設(shè)計(jì)了如圖4的澆注系統(tǒng)，用此澆注系統(tǒng)在Procast中模擬得到如圖5所示的結(jié)果。通過澆注系統(tǒng)優(yōu)化，鑄件缺陷從3.84 cm3減少到0.68 cm3，使鑄件缺陷減少了82.29%，大幅度減少了鑄件鑄造缺陷。
圖5 優(yōu)化澆注系統(tǒng)后縮松縮孔預(yù)測(cè)圖
3 保溫措施與冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
由于鋁合金薄壁殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造過程中必然會(huì)產(chǎn)生熱節(jié)與冷節(jié)，難以順序凝固產(chǎn)生縮松、縮孔缺陷，為了使鋁合金薄壁殼體能夠順序凝固，需要對(duì)鑄件冷節(jié)處進(jìn)行保溫，以及對(duì)與鑄件熱節(jié)處接觸的模具部位進(jìn)行冷卻。
3.1 保溫措施設(shè)計(jì)
保溫措施設(shè)計(jì)一種思路是降低鑄件與模具之間的傳熱系數(shù)，使散熱變慢，從而達(dá)到保溫的效果，尤其是上模、下模、側(cè)模的傳熱系數(shù)對(duì)鑄件質(zhì)量的影響十分顯著，因此本文將使用響應(yīng)面法來探究傳熱系數(shù)對(duì)研究對(duì)象的影響規(guī)律。將上模與鑄件傳熱系數(shù)A，下模與鑄件傳熱系數(shù)B，側(cè)模與鑄件傳熱系數(shù)C作為試驗(yàn)因數(shù)，縮松、縮孔孔隙體積作為響應(yīng)指標(biāo)。通過Designexpert軟件中的Box-Behnken方法設(shè)計(jì)了17組試驗(yàn)，其因素水平設(shè)計(jì)如表1所示。
展開 其他發(fā)熱功率估算方法：
依據(jù)充放電能量效率計(jì)算：
依據(jù)充放電電壓曲線及SOC~OCV曲線計(jì)算；
發(fā)熱功率估算
電芯溫度情況
熱管理初步設(shè)計(jì)—導(dǎo)熱
導(dǎo)熱材料主要關(guān)注點(diǎn)：
導(dǎo)熱性能、密度、阻燃性能、絕緣性能、熱穩(wěn)定性、壓縮回彈性、拉伸和耐磨性能、粘接性、使用溫度、耐久性
在模塊中應(yīng)用石墨片后對(duì)加熱速率影響不大，沒有加快加熱速率；
使用石墨片后加熱過程溫差變小，極柱間溫差可減小近2攝氏度，電池組最大溫差可減小1.5攝氏度，均溫效果明顯。
熱管理初步設(shè)計(jì)—散熱
熱管理初步設(shè)計(jì)—冷板支撐結(jié)構(gòu)
仿真分析
仿真要求：
根據(jù)邊界輸入，進(jìn)行流場(chǎng)和溫度流場(chǎng)仿真，包括壓力情況、速度情況、流量情況、不同工況的溫度情況。
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：
1、對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證；
2、了解熱管理真是性能；
3、比較模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果差距；
4、根據(jù)結(jié)果分析，提出優(yōu)化方案。
隔熱保溫設(shè)計(jì)
從目前電池系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)來看，采用液冷系統(tǒng)越來越多，因此箱體隔熱設(shè)計(jì)越發(fā)重要。
意義：
1、保持系統(tǒng)內(nèi)部溫度，有利于低溫充放電，延長(zhǎng)使用壽命；
2、保持系統(tǒng)內(nèi)部溫度，降低高溫路面熱輻射對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部溫度的影響；
3、外部出現(xiàn)火燒或者高溫時(shí)，保持電池包內(nèi)部正常溫度，延緩電池?zé)崾Э兀岣甙踩裕?4、在電芯發(fā)生熱失控時(shí)，能起隔熱作用，抑制熱擴(kuò)散，延緩事故發(fā)生；
5、在電芯發(fā)生齊活時(shí)，延緩火勢(shì)蔓延，增加逃生時(shí)間。
常見保溫材料：
泡棉（包括PU、CR、EVA和PE等）、絨毛毯、二氧化硅氣凝膠、發(fā)泡硅膠、成瓷隔熱片、石墨烯隔熱等。
展開 
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保溫設(shè)計(jì)的最新內(nèi)容
綜合考慮保溫性能與生產(chǎn)成本選取泡沫石棉為下箱體的保溫保溫材料，材料厚度的選擇通過使用Taitherm算進(jìn)對(duì)模型多步迭代計(jì)算，最后得出當(dāng)泡沫石棉厚度為15mm時(shí)，4小時(shí)內(nèi)電芯的平均溫度變化率為1.92℃/h，電池包保溫性能滿足設(shè)計(jì)要求。
來源 | Advanced Science
原文 | https://doi.org/10.1002/advs.202300340
01
背景介紹
能源危機(jī)已成為最緊迫的問題和首要任務(wù)，其中建筑占全球能源消耗的40%以上。世界各地的建筑行業(yè)占全球能源消耗的40%以上，是溫室氣體的最大生產(chǎn)者之一
3.1 保溫措施設(shè)計(jì)
保溫措施設(shè)計(jì)一種思路是降低鑄件與模具之間的傳熱系數(shù)，使散熱變慢，從而達(dá)到保溫的效果，尤其是上模、下模、側(cè)模的傳熱系數(shù)對(duì)鑄件質(zhì)量的影響十分顯著，因此本文將使用響應(yīng)面法來探究傳熱系數(shù)對(duì)研究對(duì)象的影響規(guī)律。將上模與鑄件傳熱系數(shù)A，下模與鑄件傳熱系數(shù)B，側(cè)模與鑄件傳熱系數(shù)C作為試驗(yàn)因數(shù)，縮松、縮孔孔隙體積作為響應(yīng)指標(biāo)。
職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》（GBZ230-2010）
《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50028-2006）
《城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ34-2002）
《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ/T81-98）
《小型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50049-2011）
《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL5000-2000）
《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》（DL/T5054-96）
《火力發(fā)電廠保溫油漆設(shè)計(jì)規(guī)程
（10）保溫、防腐的設(shè)計(jì)
這是在工藝流程設(shè)計(jì)中的最后一項(xiàng)工作，也是施工安裝時(shí)最后一道工序。
流程中應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的溫度、特性和狀態(tài)以及周圍環(huán)境狀況決定管道和設(shè)備是否需要保溫和防腐。
（3）容器壁與介質(zhì)直接接觸且有外保溫時(shí)，設(shè)計(jì)溫度根據(jù)下表。
（4）安裝在室外且為液體介質(zhì)，器壁不保溫，壁溫受環(huán)境溫度影響可能小于等于-20°C時(shí)，其最低工作溫度應(yīng)考慮建廠地區(qū)環(huán)境溫度的影響。
隔熱保溫設(shè)計(jì)
從目前電池系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)來看，采用液冷系統(tǒng)越來越多，因此箱體隔熱設(shè)計(jì)越發(fā)重要。
電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)加熱方法研究進(jìn)展
主要內(nèi)容：內(nèi)部加熱方式、外部加熱系統(tǒng)、電池組的保溫、熱控設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)...
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6.
目前制約著碳化硅晶體品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)主要有：碳化硅粉料質(zhì)量、仔晶的粘結(jié)、溫場(chǎng)的設(shè)計(jì)和保溫材料的選擇，晶體生長(zhǎng)工藝。其中每一項(xiàng)指標(biāo)影響著最終碳化硅晶體的成品率和晶體品質(zhì)。碳化硅粉料的制備多采用改進(jìn)高溫自蔓延法，在高溫條件下高純碳和高純硅混合加熱，并清洗除雜后得到高純碳化硅粉，合成工藝的選擇、碳硅粉的顆粒度降決定著最終得到碳化硅粉料的顆粒度、純度。
過濾設(shè)備容易發(fā)生結(jié)露的部位主要是灰斗、箱體上部以及設(shè)備頂部，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮其保溫設(shè)計(jì)。
考慮對(duì)設(shè)備本體進(jìn)行全部保溫，頂部采用雙層保溫密閉檢修門。并對(duì)灰斗及設(shè)備頂部設(shè)置伴熱裝置。
（1）保溫外材：采用彩鋼壓型板；
（2）保溫材料：采用巖棉保溫層，厚度100mm左右；
（3）灰斗及設(shè)備頂部伴熱裝置：采用蒸汽盤管。
