电池|基于平板热管优化布置的电池热管理系统性能研究( 二 )
为电池放热反应产生的焦耳热，可将产热方程改为:
式中，R为电池内阻，取放电前测得的内阻的平均值作为模拟输入参数。
数据采集
? ? ?本研究使用的电池为方形铝锂铁磷酸盐电池，部分性能参数如表1所示。电池的物理性质如表2所示。锂电池结构复杂，由不同材料层叠加而成。由于工程测量方法难以获得准确的电池热性能参数，因此将锂电池作为一个整体，计算出等效的物理性能参数作为数值分析的输入条件。
表1?电池基本性能参数
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电池规格为:30mm × 135mm ×185mm，其中电极极高为5mm，电池的总质量为1.32kg，可以得到电池的平均密度，ρ = 1792.07kgm3。
【 电池|基于平板热管优化布置的电池热管理系统性能研究】
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? ? ? ?电池的比热容由材料各部分比热容的加权平均值计算得到。计算公式为:
式中，mi为电池每层材料的质量，kg;ci为每种材料的比热容，J(kg·°c)。
? ? ?? 计算得到的电池当量比热容为cp = 1282J(kg?K)。
3.导热系数
由于电池的导热系数是各向异性的，所以通常采用热阻法来计算各个方向的等效导热系数。根据并联和串联热阻法，可求得电池在纵向方向和宽度方向、厚度方向的导热系数:
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单电池温度场验证分析
图1为放电速率为1C，环境温度为25℃时单电池壁面温度的模拟结果与实验结果的对比。从图中可以看出，初始放电结果与模拟结果吻合较好。1200s后，仿真曲线与实验曲线的差值逐渐增大。这是因为温度升高后，电池内部的电化学反应加快，电池内部的迁移率降低。产热减少，温升速度变慢。模拟中使用的电池内阻假定其不随温度变化，因此放电后的温度略高于实验值。仿真数据与实验数据相差1.6℃，误差小于5%。仿真结果与实验结果吻合较好。为了深入观察整体温度场与实际分布是否一致，对该条件下的温度场进行分析。图2为单元模型热分析的温度场分布。电池在25℃时以1C速率自然放电，传热系数为5 W(m·K)。电池表面温度分布比较均匀，最高温度区域在中心区域，正极温度略高于负极温度，这与实验结果相一致。
图1 单节电池在25°C和1C放电率时温升
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FPHP热阻的实验分析
影响FPHP传热的因素很多，如充液比、毛细芯的结构和材料、管的放置角度、热源功率和位置等。本研究选用的FPHP具有厚度薄、面积大、长度长等特点。不同热管放置位置对FPHP的换热性能有显著影响。实验中对热管传热性能的评价是以热阻为基础的。平板热管的热阻越小，传热性能越好。图4显示了热源传递给FPHP的热功率。
从图中可以看出，传递给FPHP的热功率在70s以前迅速上升，70s以后增长速率逐渐下降，在70s时稳定在16.65W230秒，基本上达到平衡。图5显示了FPHP垂直放置时不同传热距离下的热阻随时间的变化。
从图中可以看出，热阻的变化曲线不同的传热距离通常首先迅速下降，然后缓慢上升，最后走向平衡，因为热功率传播FPHP迅速上升，然后慢慢增加到一个平衡值。在热阻曲线趋于平衡后，250mm、200mm、150mm、100mm和50mm换热距离的热阻值分别为0.54 kW、0.40 kW、0.29 kW、0.21 kW和0.20 kW。当传热距离大于100mm时，热阻随距离的增大而增大。50mm和100mm时的热阻值几乎相同。因此，FPHP冷凝端散热片的安装位置为50mm。
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