散热器结构设计论文精品资料

1、B 散 热 构 士口 卜 文 匚 n n n 丄 锂. 电. 池. 热. 物. 理. 模. 型. I 猛 酸 Hr 二 锂 电 池 由 正- 极 集 流 体- 正- 电 极 U n U Mn2 隔. 鉴 负- 电一 极. C 负. 极. 集. 流. 1 体. 组一 成一 ，- 结一 构一 原一 理一 图一 如一 图一 丄 所- 示一 电- 池- 放一 电- 时. ，- 从一 负一 电 极 脱 离 ，一 通 过 隔 膜 ，一 嵌 正 电 极 充 电 酸一 锂一 动 力- 锂一 电 池 ，- 其. 单 体 电 池一 容一 量 为 4- 1 ，- 最一 大一 电一 压一 川一 ，一 长 度一 为一

2、m ，一 宽一 度一 为 亠 高一 度 为 12( , 外一 壳 材 料 为 铝 ，- 结 构 模 型 如 图 2 ，- 图一 中一 为 丄 简一 化一 电- 池_ 模- 型一 ，一 忽一 略一 极一 耳- 影一 响一 如一 图一 2- ，一 在一 直一 角一 坐一 标一 系一 中一 ，一 按一 照一 能一 量一 守一 恒一 定一 律一 ，一 得一 到 单一 体 电 池 的一 导 热 微 分一 方 程 : 猛一 酸 锂 电一 池一 在 正 常一 丄 作一 时- ，一 副一 反一 应一 可- 忽一 略一 不一 计- ，一 产一 生一 的一 热- 量一 主一 要一 由一 三一 部一 分一 组一 成

3、一 : 可一 逆一 反一 应一 热一 生一 成一 速一 率一 Q1 ，- 电一 化 学一 反一 应 热 生一 成 速 率 ，- 焦 耳 热一 生一 成 速 率 单一 体一 锂 电一 池一 总一 热一 生 成一 速一 率一 为一 通一 过 计一 算- 得- 到- 单 体一 电一 池 在 1C 、 I- 、 放 电 时 的一 发一 热 量 亠 如 图 3 一 所- 示_ 巨 时- ，- 电- 池一 为- 充一 满- 电- 状一 态一 ，- 由一 丄 在一 放一 电一 初一 期- 亠 电一 压一 下_ 降- 幅- 值- 较一 大 亠 电- 池一 发一 热- 量- 也一 快一 速 上 升 , 同 时

4、为 了 保 证 锂 离 子 电 池 组 的 性 能 和 循 环 使 用 寿 命 通 常 将 SO( 控 制 在 0.3 0.7 。 电 池 在 1C 、 3C 放 电 时 发 热 量 随 时 间 变 化 不 大 5C 放 电 时 电 池 发 热 量 急 剧 上 升 。 在 进 行 电 池 组 仿 直 /、 分 析 时 取 发 热 量 相 对 稳 疋 时 的 数 值 作 为 热 源 在 1C 、 3C 、 5C 的 发 热 量 分 别 为 10 000 、 53( )00 、 115 (00W N/m 3。 2 液 体 冷 却 方 式 下 锂 电 池 组 散 热 器 设 计 及 仿 直 /、 分

5、 析 2.1 锂 电 池 组 散 热 器 设 计 图 4 所 示 为 液 体 冷 却 散 热 器 取 5 个 单 体 电 池 为 一一一 个 电 池 组 电 池 组 之 间 的 间 隔 为 冷 板 材 料 为 铝 。 为 了 降 低 电 池 表 面 中 心 位 置 的 温 度 在 冷 板 中 间 设 计 两 个 对 称 的 液 体 通 道 入 口 通 道 和 出 口 通 道 的 尺 寸 为 142 mrX 20m rX 2 0mm 1, 冷 板 的 尺 寸 为 8m X 6 6mrX 12( )mm 流 体 通 道 的 直 径 为 6mr 考 虑 到 电 池 组 两 端 的 冷 板 所 吸 收

6、 的 热 量 较一 少 设 置 两 端 的 液 体 通 道 直 径 相 比 其 /、 他 的 小 1mr n。 2.2 仿 直 /、 分 析 在 模 型 网 格 划 分 时 网 格 模 型 采 用 四 面 体 结 构 网 格 流 体 区 域 进 行 细 化 处 理 入 口 通 道 网 格 的 最 小 尺 寸 为 0.51 5m 1, 最 大 尺 寸 为 i ，一 整 个 模 型 的 网 格一 数 为 8 5 如 图 5 所一 示 在 计 算 过 程 中 ，- 把. 液 体 流 体. 看 作 不- 可. 压 缩 的 流 体- ，- 忽 略 单 体 电 池- 的. 热 变 形 U n U 电. 池

7、. 蓝 度. 分. 布- 口 质. 量. 流一 量. 为. ，- 外. 界. 环 境 温 度 和- 流- 体 入 丄 温. 度 为一 298 15K 时- 电 池- 组 1 33 放 电 的 温 度 分一 布 如 图 6 、 速 度 分 布- 如 图 7 所 示 1 从- 图 工 可- 以- 看 出一 液一 体- 从一 通 道 流 后一 ，一 经一 过 冷一 板 通一 道一 ，一 流一 体一 流一 速一 增一 大 带一 走一 电一 池一 传 递 给 冷 板 的- 热 量 流- 体一 通 道 内 的一 流 速 较 为 均 匀- ，一 电一 池一 组一 两_ 端一 的_ 冷- 板_ 流一 速一 较

8、一 低一 ，一 但_ 所- 吸一 收一 的一 热一 量一 较一 少一 ，一 所 以一 单一 体一 电一 池一 之一 间一 温一 差一 不一 大一 ，一 从一 温一 度 场 分一 布 可 以 看 出 单 体 电一 池 间 温一 度 一 致 性一 很 好一 电- 池一 在一 1C 放一 电- 时一 ，一 电一 池一 的一 最一 高一 温一 度一 分- 别 为一 33. 332 ，- 但 在一 5C 放 电 时一 亠 电 池 温一 度 达 到一 丄 339 8 ，- 内一 外- 温一 差- 达一 到一 丄 亠 可一 见一 放一 电一 倍一 率一 越一 大一 亠 电一 池 组- 温一 度- 越 高-

9、同一 时一 还 可 以 看一 出一 单一 体 电一 池一 在 沿一 x 轴 方 向 的一 温一 度 梯 度 大 于 Y 轴 和 z 轴- 方_ 向- 的一 温- 度- 梯一 度- I- 入 口 流一 体 温一 度- 变一 化一 对- 电一 池一 温一 度- 的 影- 响一 入 口 质 量 流 量 为 - /s , 外 界 环 境 温 度 为 00 9 2 时 , 不 同 流 体 入 口 温 度 所 对 应 的 电 池 组 在 1C 、 3C 、 5C 放 电 的 最 高 温 度 如 图 8 所 示 其 /、 中 入 口 温 度 为 298 .15 308. 15K 。 图 8 显 示 随 着

10、流 体 入 口 温 度 的 上 升 电 池 最 高 温 度 都 相 应 变 大 冷 却 效 果 越 差 在 入 口 流 体 温 度 下 降 时 相 应 的 电 池 最 高 温 度 降 低 09 。 但 入 口 温 度 要 下 降 必 然 要 使 换 热 器 的 换 热 性 匕匕 厶冃 加 强 所 以 整 个 散 热 器 的 功 耗 也 相 应 变 大 因 此 要 选 择 合 理 的 入 口 温 度 。 2.2 .3 流 量 变 化 对 电 池 温 度 的 影 响 不 同 入 口 质 量 流 量 外 界 环 境 温 度 和 流 体 入 口 温 度 为 298 15K 时 电 池 组 在 1C 、

11、 3C 、 5C 放 电 的 最 高 温 度 如 图 9 所 示 。 电 池 组 1C 放 电 时 由 于 发 热 量 较一 小 入 口 流 量 的 变 化 对 电 池 组 的 温 度 影 响 不 大 曲 线 趋 于 水 平 。 电 池 组 3C 放 电 流 量 从 0.8 g/s 到 2.0g J/S 时 电 池 最 高 温 度 下 降 比 较 快 大 于 2.0( g/s 时 温 度 变 化 缓 慢 。 电 池 组 5C 放 电 流 量 小 于 2.4g J/S 时 随 着 流 量 的 增 大 温 度 迅 速 降 低 在 大 于 24 g/s 时 冷 却 效 果 不 太 明 显 但 曲 线

12、 的 变 化 率 仍 然 要 比 1C 、 3C 时 大 7 在 流 量 从 0.8 g/s 增 大 到 1 /s 时 ，一 11 、 33 、 的一 最 高 温一 度 分 别 丄 降 丄 2 1 15 9 1 见. 放 电 倍. 率 越 大 时- ，- 流 量 的 变 化- 对 温 度 的 影 响- 越. 大 因 此- 采 用 液 体- 冷 却一 方- 法. ，- 能. 使. 电. 池- 丄 作- 在. 最. 佳一 的. 温. 度. 范. 围. 内. ，- 特 别一 是 电 池 在- 大一 倍- 率 放 电- 时- 亠 通 过 改 变 流- 体 丄 流 量 亠 匕匕 厶冃 有 效 控 制 电

13、 池一 的 温 度 从一 处 开- 始 对- 5 丄 单 体- 电一 池 编 号- 为一 1 2- 3 一 丄 n 5- ，一 表一 丄 和一 表一 2- 分 别一 为 不 同一 放一 电一 倍一 率一 及一 不 同一 入 口 质 量 流 量 条 件 丄 单 体- 电一 池 的 最 高 温 度 和一 单 体 电- 池 的一 内一 外- 温一 差一 1 从- 表一 丄 中_ 可- 以一 看一 出_ ，一 在_ 相一 同一 放一 电一 倍一 率一 下一 ，一 增一 大 入 口 质一 量一 流一 量一 可一 旦 有一 效一 降一 低一 电 池一 的一 温 度 ，一 而一 且 各 单一 体一 电 池

14、之一 间一 的 最 高 温 度 总一 体一 较一 为- 均一 匀一 ，一 电- 池一 之一 间一 最一 高一 温一 度一 的一 温一 差- 在一 以一 内一 电一 池一 在一 放一 电一 ，- 入一 口一 流一 量一 为一 0/ 时一 ，- 单一 体一 电一 池一 2- 的一 温一 度- 最一 高一 77 K) 亠 最一 低一 的一 为一 单一 体一 电一 池一 M) 最- 大 温一 差一 a BK 亠 可一 见一 单 体 电一 池 之一 间 温 度 一 致 性 较一 好一 O 从 表一 2- 可 旦 看 出 各 单 体 电 池 的- 内_ 外- 温- 度- 差- ，- 在_ 小_ 倍- 率-

15、 放一 电- 时- 亠 单- 体一 电一 池一 间一 的一 内 外- 温一 差- 很一 小 ，一 随- 着- 放一 电一 倍一 率- 增- 大 亠 温一 差- 也一 增 大 入 口 质 量 流 量 为 8 0 /s , 电 池 组 放 电 时 ，一 2- 号 电 池一 的一 内 外 温一 差 为 亠 在 1 放一 电 时 ，- 2- 号. 电. 池. 的. 外. 温. 差. 为- re 亠 放. 电. 时. ，- 号 电 池 的 外 温 差 达 到 7 ，- 这 对. 电 池 性 匕匕 厶冃 和一 寿. 命. 有. 一 定. 的. 影一 响一 ，- 可. 见- 放一 电. 倍. 率. 越. 大

16、. ，- 电. 池一 内一 外. 温一 差一 也. 越一 大 同. 时一 还- 显一 示 ，- 随 着一 质一 量. 流. 量 的 增 大一 ，一 电 池 组 的 内- 外 温 差 有 所 丄 降 亠 在 放 电一 时- ，- 匕匕 厶冃 够 将 最 大- 的. 温 差 控 制一 在 以- 内- ，- 但 水 泵一 所一 消一 耗一 的一 能一 量一 也一 相一 应一 增 大 ，一 因一 此 可 以 通一 过 有 效 的 热 管 理一 策 略 来 控一 制 电 池 的 温 差 ，- 同 时 泵 所- 消一 耗一 的一 能一 量一 最一 小_ 若一 把一 冷- 板一 的一 材一 料_ 换一 成一

17、 铜一 亠 在一 放一 电一 入 口一 流 量一 为一 时一 ，一 单一 体一 电一 池一 2- 号一 的 最 大一 温 差 由一 rc 降 到 - ，一 其 电 池 的一 温一 度 为 j3 k ，一 电一 池一 的一 散- 热一 性一 能一 有- 所一 改一 善- 3- 结一 论一 电一 池一 在一 在一 放一 电一 过一 程一 中一 ，- 随- 着一 放一 电一 倍一 率- 的一 增- 大一 ，- 电一 池一 的一 发一 热一 量- 也一 迅 速一 增- 大 在 小 倍一 率一 放 电一 时 ，- 发 热 量 变一 化 不 大一 ，- 在 5C 放 电一 时一 *7 电 池 的 发 热-

18、 量- 快一 速- 丄 升- 采_ 用- 液- 体_ 冷- 却- 方一 法一 能- 有一 效一 降- 低一 电- 池- 表- 面- 的- 温一 度- 亠 电- 池一 组- 之一 间一 最- 大 温一 度- 的一 温一 差 始 终 在 以 内 , 均 匀 性 较 好 然 而 单 体 电 池 内 外一 温 差 较 大 ，一 特 别 是一 在一 大 倍 率 放 电 且一 流一 体 入一 口 质. 量. 丄 鉴 ，- 最. 大. 温. 差. 达. 到一 丄 ，- 这. 对. 电. 池. 循 环. 寿 命 有 一 定 影 响 电 池 组 在 大 倍 率 放 电 时一 ，- 单. 丄 电- 池. 内. 外- 温一 差. 也. 大- ，- 需. 要. 强. 有. 效. 的. 冷. 却一 方一 案. ，- 可- 以. 通一 过- 增 大. 质一 量 流一 量. 来一 降一 低一 温一 度. ，- 从 仿 真 结 果 可一 以一 看 出 ，- 质 量 流 量 越 大 亠 温 度 丄 降 越一 快- ，- 温 差一 也- 越 丄 降 低 液一 体- 温