螺旋管流动沸腾冷却与空气冷却相结合的锂离子电池热管理

2023年7月17日 浏览：1735 收藏：1
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来源 | Journal of Energy Storage

原文 | https://doi.org/10.1016/j.est.2023.108322



01

背景介绍

由于不可再生资源的限制以及对环境污染和化石燃料减少的担忧，近年来开发替代能源的努力不断加强。同时，锂电池由于其诸多优点和较高的生产率而备受关注。锂电池的主要用途包括电子工业、医疗设备、航空航天和电动汽车等。近十年来，电动汽车和混合动力汽车快速发展，锂电池在这些系统中的使用为汽车行业增添了突出的特点，提供合适的条件温度对锂电池的性能和寿命起着十分重要作用，25°C到40°C是电池的最佳范围，低于或高于此温度范围的工作温度会导致其性能中断并缩短其使用寿命。

02

成果掠影

螺旋管流动沸腾冷却与空气冷却相结合的锂离子电池热管理的图2

近期，伊拉姆大学机械工程系 Sajjad Ahangar Zonouzi老师团队采用组合冷却方法进行锂离子电池的热管理。这种冷却方法是通过缠绕在电池上的半螺旋管进行流动沸腾冷却和通过电池中的气流进行空气冷却的冷却方法相结合的。使用控制体积技术进行数值模拟，用于模拟流动沸腾区域的模型是欧拉-欧拉多相模型。研究结果表明，所提出的组合冷却方法有助于更好的电池组热管理。由于恒定温度下的汽化潜热，螺旋管内发生流动沸腾有助于去除大量热量，并且电池与沸腾流体接触的部分的电池温度几乎保持恒定。沸腾流体质量通量的增加和入口空气速度降低了电池组内电池的最高温度。此外，通过减小沸腾流体的入口过冷度，降低了电池的温度，并且电池组中不同排的电池之间的温差受空气入口速度的影响较小。研究成果以“Combination of flow boiling cooling by taking advantage of helical pipes and air cooling for thermal management of lithium-ion batteries”为题发表于《Journal of Energy Storage》。



03
图文导读

螺旋管流动沸腾冷却与空气冷却相结合的锂离子电池热管理的图3

图1 在本研究中使用的电池组和组合冷却系统的原理图

螺旋管流动沸腾冷却与空气冷却相结合的锂离子电池热管理的图4

图2 在本研究中使用的网格

螺旋管流动沸腾冷却与空气冷却相结合的锂离子电池热管理的图5

图3 当前数值方法验证


螺旋管流动沸腾冷却与空气冷却相结合的锂离子电池热管理的图6

图4 电池表面上的温度轮廓变化：（a）空气冷却；（b）流动沸腾冷却）；（c）空气冷却和流动沸腾冷却相结合

螺旋管流动沸腾冷却与空气冷却相结合的锂离子电池热管理的图7

图5 不同行的电池出现最大温度值

螺旋管流动沸腾冷却与空气冷却相结合的锂离子电池热管理的图8

图6 组合冷却系统中电池表面的蒸汽体积分数的轮廓

螺旋管流动沸腾冷却与空气冷却相结合的锂离子电池热管理的图9

图7 组合冷却系统锂电池壁热流变化轮廓

END



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