الهاتف: +86 - 18025912990 |البريد الإلكتروني: wst01@winsharethermal.com
أنت هنا: بيت » أخبار » مدونة او مذكرة » سلوك نقل حرارة بطارية ليثيوم أيون وتصميم الإدارة الحرارية

سلوك نقل حرارة بطارية ليثيوم أيون وتصميم الإدارة الحرارية

تصفح الكمية:0     الكاتب:محرر الموقع     نشر الوقت: 2023-05-12      المنشأ:محرر الموقع

مع زيادة المبيعات والملكية لمركبات الطاقة الجديدة ، تحدث أيضًا حوادث الحريق لمركبات الطاقة الجديدة من وقت لآخر.يعد تصميم نظام الإدارة الحرارية مشكلة عنق الزجاجة التي تقيد تطوير مركبات الطاقة الجديدة.يعد تصميم نظام إدارة حراري مستقر وفعال ذا أهمية كبيرة لتحسين سلامة مركبات الطاقة الجديدة.


النمذجة الحرارية لبطارية Li-ion هي أساس الإدارة الحرارية لبطارية Li-ion.تعد نمذجة خصائص نقل الحرارة ونمذجة خصائص توليد الحرارة جانبين مهمين من النمذجة الحرارية لبطارية الليثيوم أيون.في الدراسات الحالية حول نمذجة خصائص نقل الحرارة للبطاريات ، تعتبر بطاريات الليثيوم أيون ذات موصلية حرارية متباينة الخواص.لذلك ، من الأهمية بمكان دراسة تأثير مختلف مواضع نقل الحرارة وأسطح نقل الحرارة على تبديد الحرارة والتوصيل الحراري لبطاريات الليثيوم أيون لتصميم أنظمة إدارة حرارية فعالة وموثوقة لبطاريات الليثيوم أيون.

صفيحة سائلة باردة

1. نموذج التوصيل الحراري المكافئ للخلية

تم استخدام خلية بطارية فوسفات الحديد الليثيوم 50 A h ككائن بحث ، وتم تحليل خصائص سلوك نقل الحرارة بالتفصيل ، وتم اقتراح فكرة تصميم إدارة حرارية جديدة.يظهر شكل الخلية في الشكل 1 ، وتظهر معلمات الحجم المحددة في الجدول 1. يشتمل هيكل بطارية Li-ion بشكل عام على قطب موجب ، قطب سالب ، إلكتروليت ، فاصل ، سلك كهربائي موجب ، سلك قطب سالب ، طرف مركزي ، مادة عازلة ، صمام أمان ، الثرمستور معامل درجة الحرارة الإيجابية (PTC) وعلبة البطارية.يتم وضع الفاصل بين قطعي القطب الموجب والسالب ، ويتم تشكيل قلب البطارية باللف أو يتم تشكيل مجموعة القطب بواسطة التصفيح.تبسيط بنية الخلية متعددة الطبقات إلى مادة خلية بنفس الحجم ، وإجراء معالجة مكافئة على المعلمات الفيزيائية الحرارية للخلية ، كما هو موضح في الشكل 2. يُفترض أن تكون مادة خلية البطارية وحدة مكعبة ذات خصائص توصيل حراري متباينة الخواص .من المفترض أن الموصلية الحرارية (z) المتعامدة مع اتجاه التراص أصغر من الموصلية الحرارية (λ x ، λ y) الموازية لاتجاه التراص.

تصميم الإدارة الحرارية لبطارية ليثيوم أيون

تصميم الإدارة الحرارية لبطارية ليثيوم أيون -1

تصميم الإدارة الحرارية لبطارية ليثيوم أيون -2

2. خلية sوجهك hيأكل dإصدار cقابلية

يتم عرض نتائج اختبار التوصيل الحراري للخلية في الجدول 2. عند استخدام هذه الخلية لتكامل نظام حزمة البطارية ، يشتمل سطح تبديد الحرارة لتصميم الإدارة الحرارية للخلية على 5 أسطح خارجية أخرى باستثناء سطح العروة.قم بتقييم وحساب قدرتها على تبديد الحرارة وتحديد مسار تبديد الحرارة لنواة البطارية عندما يُفترض أن يسخن الحمل.

تصميم الإدارة الحرارية لبطارية ليثيوم أيون -3

تهدف هذه الورقة إلى استكشاف أفضل طريقة لإدارة نقل الحرارة على مستوى الخلية حراريًا أثناء تكامل حزمة البطارية.لذلك ، يتم تقسيم أسطح التبريد الخمسة للخلية إلى 3 مجموعات.هناك ثلاثة خيارات مختلفة لربط خلية البطارية بهيكل الإدارة الحرارية للنظام ، كما هو موضح في الشكل 3.

تصميم الإدارة الحرارية لبطارية ليثيوم أيون -4

من خلال الحد الأقصى لنقل الحرارة الأمامي والخلفي للخلية ، يتم نقل الحرارة من داخل الخلية عبر مسار التوصيل الحراري λz إلى الحرارة التي تولدها الخلية عبر سطح الخلية.إذا تم تحديد نقل الحرارة الجانبي ، فإن الحرارة من داخل الخلية تمر عبر مسار التوصيل الحراري λ y ، وتنتقل الحرارة الناتجة عن الخلية عبر سطح الخلية.إذا تم تحديد نقل حرارة السطح السفلي ، فإن الحرارة من داخل الخلية سوف تمرر الحرارة الناتجة عن الخلية عبر سطح الخلية عبر مسار التوصيل الحراري λ x.


الخيار الأمثل لتصميم الإدارة الحرارية هو أن النظام لوحة التبريد السائل أو يمكن لمجاري الهواء أن تلمس السطح بأقوى قدرة على تبديد الحرارة في قلب البطارية.في الوقت الحالي ، يصمم تصميم النظام في الغالب موضع لوحة التبريد السائل أو اتجاه تدفق مجرى الهواء من منظور تسهيل تكامل النظام ، متجاهلاً التقييم المنهجي لقدرة نقل الحرارة لكل سطح لخلية البطارية.على افتراض أن المعلمات البيئية الخارجية متسقة ، يتم اختيار أسطح الخلايا المختلفة كأسطح تبديد الحرارة (اختيار الموصلية الحرارية المختلفة ، منطقة تبديد الحرارة ومسار تبديد الحرارة).تظهر المعلمات الرئيسية لسطح تبديد الحرارة في الشكل 4 ، ويظهر مسار تبديد الحرارة للخلية في الشكل 5.

تصميم الإدارة الحرارية لبطارية ليثيوم أيون - 5

تصميم الإدارة الحرارية لبطارية ليثيوم أيون - 6

بناءً على التحليل أعلاه ، عندما يكون تدرج درجة الحرارة ΔT في اتجاه ناقل الحركة 1 كلفن ، يتم حساب التدفق الحراري لكل سطح تبريد للبطارية.


عندما تكون ΔT 1 كلفن ، يكون التدفق الحراري 3.39 واط إذا كان A1 و A2 هما أسطح التبريد الرئيسية.إذا كانت A3 و A4 هي أسطح التبريد الرئيسية ، فإن التدفق الحراري يكون 4.68 وات. إذا تم استخدام A5 كسطح تبريد رئيسي ، فإن التدفق الحراري يكون 0.78 وات. لذلك ، فإن جانب البطارية (A3 ، A4) هو أفضل مكان وأسفل البطارية (A5) هو أسوأ مكان من حيث تدفق الحرارة.


يتم أخذ شحن وتفريغ الخلية عند 1 درجة مئوية كشرط بحث ، ووقت الشحن أو التفريغ هو 3600 ثانية.معدل توليد الحرارة الداخلي للخلية هو 6.4 وات. الكتلة الكلية للخلية وعلبة الألومنيوم 1.43 كجم.عندما يتم اعتبارها ككل ، فإن السعة الحرارية النوعية هي 1026.3 J / (kg · K).


بافتراض أن درجة الحرارة المحيطة هي 295 كلفن وأن قلب البطارية لا يبدد الحرارة إلى البيئة المحيطة ، فإن ارتفاع درجة حرارة قلب البطارية هو 15.7 كلفن عند اكتمال الخلية في حالة العمل ، تكون درجة حرارة الخلية 310.7 كلفن.


وفقًا لخصائص المواد المذكورة أعلاه وعملية توليد الحرارة ، يتم تعيين شروط حدود المحاكاة ، وتظهر نتائج محاكاة تحليل العناصر المحدودة (FEA) لارتفاع درجة حرارة قلب البطارية في الشكل 6. المقارنة بين نتائج الحساب و تظهر نتائج محاكاة FEA في الشكل 7. ويمكن أن نرى من الشكل 6 والشكل 7 أن توزيع مجال درجة الحرارة لنواة البطارية هو 310.72-310.95 K ، وهو ما يتوافق مع نتائج الحساب ، مما يثبت أن النمذجة الرياضية البطارية FEA دقيقة وموثوقة.يمكن لنتائج FEA التحقق بشكل فعال من سلوك نقل الحرارة للخلية.

تصميم الإدارة الحرارية لبطارية ليثيوم أيون - 7

تصميم الإدارة الحرارية لبطارية ليثيوم أيون - 8

3. الحساب مقابل sتقليد

بالنظر إلى طريقة تكامل الوحدة لبطاريات الليثيوم أيون المربعة ، فإن التصميم الحالي لاختيار السطح الملامس للإدارة الحرارية لهيكل الوحدة يشتمل على مخطط نقل الحرارة للسطح السفلي للبطارية (A5) ونظام نقل الحرارة على جانب البطارية (A3 + A4).تصميم تخطيطي للبطارية الأمامية والخلفية (A1 + A2).في ظل نفس البيئة الخارجية وحمل معدل توليد حرارة البطارية ، يفترض هذا الورق نفس الموصلية الحرارية ، واختيار نظام نقل حرارة أسفل البطارية أو مخطط نقل الحرارة على جانب البطارية ، ومقارنة نتائج فرق درجة الحرارة وارتفاع درجة الحرارة لخلايا البطارية.


يستخدم برنامج الحساب العددي لحساب معلمات نفس مصدر الحرارة على أسطح مختلفة لتبديد الحرارة لبطاريات الليثيوم أيون المربعة للتحقق من تأثير تبديد الحرارة لنظام نقل الحرارة على السطح السفلي للبطارية ونظام نقل الحرارة على السطح السفلي للبطارية. جانب البطارية.تبلغ درجة الحرارة المحيطة 295 كلفن ، ومعدل توليد الحرارة للخلية 6.4 وات ، والمعلمات الفيزيائية الأخرى هي نفسها كما في الفصل السابق.بافتراض أن مخطط نقل الحرارة في الجزء السفلي من البطارية ونظام نقل الحرارة على جانب البطارية يحافظان على نفس الموصلية الحرارية لسطح تبديد الحرارة ، أي نفس مخطط التوصيل الحراري الخارجي ونفس معالجة التوصيل الحراري للواجهة تم تبنيها.

صفيحة سائلة باردة

بمقارنة نتائج الحساب العددي للمخططين ، يمكن استنتاج ما يلي:

(1) حدد جانب البطارية كسطح تبديد الحرارة لخلية البطارية ، ويمكن تحسين الحد الأقصى لارتفاع درجة الحرارة والفرق الأقصى في درجة الحرارة لخلية البطارية.


(2) بمقارنة المنحدر في نهاية منحنى ارتفاع درجة الحرارة ، يمكن ملاحظة أن منحنى ارتفاع درجة الحرارة لنظام نقل الحرارة في الجزء السفلي من البطارية سيستمر في الزيادة مع زيادة وقت التشغيل ، ودرجة الحرارة القصوى لـ ستستمر خلية البطارية في الزيادة (مثل دورات الشحن والتفريغ).ومع ذلك ، فإن نهاية منحنى ارتفاع درجة الحرارة لنظام نقل الحرارة من جانب البطارية قريبة من التوازن ، أي أن ارتفاع درجة الحرارة وفرق درجة الحرارة لا يتغيران بشكل كبير مع زيادة وقت العمل.


باختصار ، عند اختيار الإدارة الحرارية وموضع تبديد الحرارة لخلية البطارية ، يكون مخطط نقل الحرارة على جانب البطارية أفضل من مخطط نقل الحرارة على السطح السفلي للبطارية.

لوحة أنابيب النحاس

4. Cعند الاستنتاج

من خلال المحاكاة العددية وحساب الصيغة ، يتم التحقق من ذلك عند تصميم الإدارة الحرارية لبطاريات الليثيوم أيون، من الضروري تقييم قدرة تبديد الحرارة في موضع تبديد الحرارة للإدارة الحرارية لتحديد أفضل سطح تبديد للحرارة.من الضروري تحديد المعلمات الرئيسية التي تؤثر على قدرة تبديد الحرارة ، مثل حجم البطارية ، ومعدل توليد الحرارة ، وتدفق تبديد الحرارة ، ومسافة مسار التوصيل الحراري.يمكن لتحليل سلوك نقل الحرارة وخصائص نقل الحرارة من مستوى الخلية أن يحل بشكل فعال مشكلة تصميم الإدارة الحرارية غير الدقيقة والمفصلة على مستوى النظام الناتجة عن تجاهل قدرة نقل الحرارة لخلية البطارية والتأكيد على عملية تكامل النظام أثناء الإدارة الحرارية لـ نظام تغليف البطارية الحالي.يوفر أفكارًا وطرقًا جديدة لأنظمة الإدارة الحرارية لتغليف البطاريات الفعالة.


أخبرني عن مشروعك
إذا كانت لديك أي أسئلة حول مشروعك ، فيمكن الرجوع إلينا ، وسنرد عليك في غضون 12 ساعة ، شكرًا لك!
Send a message