【摘 要】
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全面有效的电动汽车热管理系统能够很大程度上阻止和避免因锂电池短路或故障造成的电动汽车安全事故,而精准的锂电池导热系数测量对电动汽车热管理系统的热仿真研究至关重要。18650锂离子电池内部的特殊结构使其导热系数具有各向异性,从其内部的结构来判断,轴向和周向的导热系数大致相同,而径向的导热系数比它们小很多。本文采用稳态法分别测量了锂电池的轴向和径向的导热系数。对于轴向导热系数的测量,所依据的基本原理是
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全面有效的电动汽车热管理系统能够很大程度上阻止和避免因锂电池短路或故障造成的电动汽车安全事故,而精准的锂电池导热系数测量对电动汽车热管理系统的热仿真研究至关重要。18650锂离子电池内部的特殊结构使其导热系数具有各向异性,从其内部的结构来判断,轴向和周向的导热系数大致相同,而径向的导热系数比它们小很多。本文采用稳态法分别测量了锂电池的轴向和径向的导热系数。对于轴向导热系数的测量,所依据的基本原理是一维稳态导热。首先采用CFD方法模拟了轴向实验的传热过程,确定了流入待测件上端面的轴向热流密度和待测件两端面温度的精确拟合计算方法,同时通过CFD计算优化了轴向测量设备的空气间隙的尺寸,限制空气间隙自然对流的发展。考虑电池侧面热损,对一维导热公式进行了修正,得到了待测件侧面热流密度为常数情况下的传热计算公式。根据轴向测量方法,测量了 316不锈钢的导热系数,确定了典型工况和几何条件下轴向测量方法的误差在3%以内。轴向实验测量了锂电池在不同开路电压以及不同温度下的轴向导热系数值;测量结果显示锂电池温度在35℃到65℃之间时,锂电池轴向导热系数随开路电压的增加而增大,开路电压从0V增加到4.158V时,轴向导热系数从8.900W/m/K增加到12.073W/m/K。当锂电池开路电压相同时,轴向导热系数随电池温度的升高而降低,如锂电池开路电压为4.158V时,电池温度从35℃增加到65℃,轴向导热系数从12.073 W/m/K减小到11.201 W/m/K。对于锂电池径向导热系数的测量,是通过提供一个稳定的热流从18650锂电池的1/4上弧面流入,热流沿径向和周向穿过电池,到达锂电池的1/4下弧面处。达到稳态后,测量靠近两弧面2mm处的平面的温度差。同时建立精确的CFD传热模型,模型中锂电池轴向和周向的导热系数值是根据轴向实验测量结果来设置,在给定热流密度的条件下通过调整CFD中锂电池径向导热系数的设置值来匹配径向实验测量的温度差,从而确定锂电池的径向导热系数。同样采用了 CFD方法模拟了实验的传热过程,分析了热损大小及上下铜块的传热,得出用来计算径向导热系数的CFD算例的设置可以忽略热损,只需要计算待测件与铜块之间的固体导热,同时还得到热流密度边界条件的拟合计算方法。采用上述方法测量了 316不锈钢的导热系数,测量结果显示316不锈钢导热系数的测量误差在3.5%以内。锂电池径向导热系数的测量结果在 3.13 1 W/m/K 到 3.595W/m/K 之间。
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