考虑质量流量的电池组蛇形冷却结构仿真

锂离子电池作为电动汽车储能装置，其性能直接影响电动汽车能否安全、高效运行。锂离子电池在工作时，各种电化学反应以及物理变化在电池充放电尤其高倍率放电时会放出大量热，若在车辆运行过程中，电池所选用的冷却系统不能及时将其吸收散发，将会发生热量积聚，使各单体锂电池之间产生较大温度差，影响电池组温度一致性，因此动力电池的散热系统设计是纯电动汽车设计过程的重要组成部分

。目前，电池热管理系统主要分为风冷系统、液冷系统与相变材料冷却系统三种类型，其中液冷系统因其具有良好的冷却性能，无论是在实际生产实践中还是学术研究中均为主要方向。Akbarzadeh 等

对空气型和液体型热管理系统进行了比较分析，结果表明液冷型电池热管理系统会使模块温度更低，温度一致性更好。劳玉玲

采用双进双出的微通道液冷板对电池进行热管理，该结构能够提高锂电池在高倍率下放电的温度一致性。唐爱坤等

研究了大容量锂离子电池组在微通道液体冷却结构中的温控效果，该结构能有效降低电池组温度。Wang 等

的研究与Ding 等

的研究均表明，当液冷结构的冷却液进口设计交替排列时，温度一致性可以得到明显改善。王延宁

对冷却液初始温度做了详细研究，在一定温度范围内，当冷却液温度越高时，电池组最大温度差越低。

大数据风险控制是基于大数据的风险提示和风险控制，其核心方法是通过对相似群体的数据分析，利用成熟的数据模型进行用户违约率计算，降低互联网金融风险。基于大数据的互联网风险控制具有数据维度大、时效性强、结果精准的优点。风险控制主要从数据源头出发，对原始数据进行预处理操作，提取数据特征，运用多种算法比较得出最优的风险控制模型，得出普适性、稳定性、准确性较高的信用评级体系，并将其应用在互联网金融产品中[5]。大数据风险控制的数据源主要包括1)互联网数据，如访问者的IP地址、网络行为数据、信用数据等；2)用户授权信息，如信用卡数据等；3)第三方数据，如合作机构数据等。

基于上述对电池组液冷结构研究成果，本文以单体方形锂离子电池组成的电池组为对象，建立单向流通结构与双向对流结构两种蛇形液冷结构模型，分别研究其在不同质量流量情况下对电池组的冷却效果，并做出综合分析。

1 单体锂离子电池数学模型构建

在构建单体锂离子电池模型的过程中，假设电池内部电化学反应物质均匀分布、各组成材料各向同性、电池发热均匀。

1.1 锂离子电池生热速率

本文通过D. Bernardi的电池生热速率模型

理论计算获得生热速率

。生热速率

表示为：

大湖呈现完美的卵形。孕育过人烟和俗世的气味和痕迹被扫荡一空。湖面上栖息过路灰雁，发出断续苍凉叫声。因为有人迹靠近，这群大鸟在突然之间振翅拍打，如同一股悸动的风暴，飞往空中远去。

1.2 锂离子电池热物性参数

1.2.1 平均导热系数

假设单体锂离子电池为导热系数各向异性的长方体，不同方向的导热系数如下：

3.2.3 两种质量流量下两种结构电池B8 温度变化对比分析

1.2.2 平均比热容平均比热容公式如下：

式中，

C

为第

种材料的比热容[J/(kg·K)]；

C

为电池平均比热容[J/(kg·K)]；

m

为电池第

种材料的质量(g)。

尤其是重症哮喘合并呼吸衰竭的患者，这样的患者往往会出现不同程度的呼吸困难[2]。由于重症多种炎症细胞和细胞介质，气道反复出现高反应性，遇到相应变应原后出现痉挛，从而导致患者呼吸困难。在没有及时抗炎、解痉、平喘、止咳的情况下反复发作，会进一步导致患者二氧化碳潴留，动脉血氧分压下降。尤其在动脉血气分析结果上体现较为明显，患者一般都会出现动脉血二氧化碳量较多，氧气减低。当重症哮喘患者合并呼吸衰竭之后，往往又会出现代谢性酸中毒的情况。

1.2.3 平均密度

3.3.2 最大温差

式中，

v

为第

种材料的体积(m

)；

C

为电池平均比热容[J/(kg·K)]；

为电池平均密度(kg/m

)；

C

为第

种材料比热容[J/(kg·K)]。

1.3 单体锂离子电池热仿真模型验证

本文研究对象为某电动汽车用方形磷酸铁锂电池，其电池标准容量为50 Ah，外形尺寸为180 mm×130 mm×30 mm，电池各组成材料的物化参数如表1 所示。仿真参数设置，根据上文公式计算为：1 C 放电倍率下产热量为6153 W/m

，

方向导热系数为0.72 W/(m·K)，

与

方向的导热系数为2.88 W/(m·K)，平均比热容为1207 J/kg，电池的平均密度为1876 kg/m

。利用计算流体力学仿真软件进行生热仿真，采集电池表面温度。

由于高校图书馆主要是围绕学校教学科研服务，也就是以学科专业类书刊作为重点收藏，因而在红色文献资源建设上普遍存在数量较少，结构单一，质量不高，以及开发利用不够等问题。为了突出社会主义办学方向，加强革命传统教育，传承和弘扬红色精神，切实充实高校图书馆红色文献馆藏意义重大，责无旁贷。以湘西红色文献资源建设为例，笔者采用以下一些对策方式，同时还要注意以下一些问题。

为验证仿真模型，进行了单体电池的1 C放电温升试验，试验系统中的恒温箱和电子负载如图1(a)所示。恒温箱温度设置为25 ℃，电子负载放电电流设置为恒流50 A，对单体电池表面温度进行检测。图1(b)为电池表面温度的试验与仿真结果对比图，如图所示，二者误差在2.6%以内，仿真模型精度较好。

2 电池组热仿真模型构建

2.1 电池组几何模型及网格划分

采用3D建模软件对电池组模型进行三维建模，该电池组由15 块单体电池紧密排列组成，从左至右依次编号为B1-B15，电池组几何模型如图2(a)所示。采用CFD仿真软件进行电池组的网格划分，电池组网格如图2(b)所示。对该模型采用多面体网格划分，网格单元数为30561，网格面数为176006，本文仿真结果均已验证了网格无关性。

2.2 仿真结果分析

图7 为0.2 kg/s 与2.0 kg/s 质量流量下两种结构电池B8 的温度变化对比曲线，图中D 代表单向流通，S 代表双向对流，如编号D-0.2 表示：单向流通结构在0.2 kg/s 质量流量下电池的中心温度。从图7 中可以更加明显地看出，电池B8 在单向流通结构中温度达到30 ℃用时2400 s左右，而在双向对流结构中则用时3250 s 左右，因此电池组在单向流通结构的温升快于双向对流结构。在质量流量为2.0 kg/s的单向流通结构中，刚开始冷却时会产生温度异常升高现象，而在双向对流结构中，并未出现该现象。由图8 两种结构在2.0 kg/s 下冷却液瞬时流速矢量图可知，单向流通结构在开始冷却时，其进口冷却液流速约为3.75 m/s。而双向对流结构在开始冷却时，由于冷却液分别由两个进口流入冷却结构，其单个进口冷却液流速约为1.9 m/s。所以，在冷却液质量流量为2.0 kg/s时，单向流通结构在开始冷却时由于冷却液瞬时流速过大，导致冷却液内能增大，从而引起温度异常升高。

3 液冷结构设计及仿真分析

液体介质具有比热容大、换热效率高、冷却速度快等优点，在动力电池热管理系统中可以有效降低电池最高温度，改善电池组温度一致性。所以本文基于液冷散热设计电池组冷却系统。

3.1 蛇形单向与双向液冷散热结构设计

现有研究发现，大部分方形电池的发热集中在电池底部

，少部分的方形电池的发热集中在正负极附近，同时由于电池本身的化学反应放热以及热传导，导致电池整体温度分布并不均匀

。通过本文对电池组温升仿真研究，发现电池组在放电过程中，中间温度最高，并逐渐向四周降低。综上研究结果，本文基于蛇形冷却管分别设计了单向流通与双向对流结构，如图4所示，在单向流通结构中冷却液由进口流入，经蛇形结构，由出口流出；在双向对流结构中冷却液分别从进口1 和进口2 流入，经蛇形结构的上下两部分，从出口1和出口2流出。

从表1中可以看出，2005年、2008年、2010年和2013年山东省耕地面积占比都超过60%，但总体面积在减少，说明山东省是以耕地为主的地区，但随着社会的发展，耕地不断被占用。建设用地面积占比都超过10%，主要集中在东南沿海地区和西北低洼平坦地区，在巨大的社会经济发展的驱动下，城市化进程加快，促使建设用地不断向外扩张，处于不断上升的趋势。

3.2 不同质量流量下的两种结构冷却性能仿真研究

散热管材料设置为铝，环境温度为25 ℃，冷却液为体积分数50%的乙二醇水溶液，初始温度为25 ℃，质量流量分别设置为0.2～2.0 kg/s，其物性参数如表2所示。电池组先进行1 C倍率放电，当电池最高温度达到30 ℃时，开启冷却系统。仿真时间步长设置为1 s，每步迭代10次，总放电时长单向流通为3600 s，双向流通为4700 s。

3.2.1 两种质量流量下单向流通结构电池组温度分析

3.3.1 电池的最高温度

3.2.2 两种质量流量下双向对流结构电池组温度分析

图6 为0.2 kg/s 与2.0 kg/s 质量流量双向对流结构电池组温度分布与各单体电池温度变化曲线。当质量流量为0.2 kg/s 时，如图6(a)所示，由电池组温度分布图可知，进口1 与进口2 处冷却液温度较低，而在出口1 与出口2 处冷却液温度较高，导致电池组前端与后端单体电池自身上下部分温度分布不均；观察其各单体电池温度变化曲线，在3250 s 时，电池组温度达到30 ℃，冷却系统开始启动，电池组中各单体电池几乎同时进行冷却，在冷却过程中保持了较好的电池组温度一致性。当质量流量为2.0 kg/s 时，图6(b)所示，由电池组温度分布图可知，与单向流通结构相同，冷却结构中较低温度的冷却液的占比较质量流量为0.2 kg/s时增大，与单向流通结构对比，发现双向对流结构由于进口冷却液会对出口冷却液进行冷却，所以较低温度冷却液在冷却结构中占比大于单向流通结构；由各单体电池温度变化曲线可知，在冷却时，各单体电池温度变化与质量流量为0.2 kg/s时趋势大体相同，无论是冷却过程中，还是冷却结束后，电池组最大温差与最高温度均差别不大。

总之，推进民生水利深入发展，重在深化认识，重在不断实践。应将民生理念贯穿于水利建设、管理、改革各个方面，体现在政策制定、工作部署、项目安排、业绩考核等各项工作中，把民生水利发展成效作为水利贯彻群众路线的重要标准，努力开创民生水利发展新局面。

式中，

、

、

分别为单体电池在

、

、

方向上的平均导热系数[W/(m·K)]；

φ

为各层材料导热系数[W/(m·K)]；d

x

为

种材料在

方向上厚度(mm)；d

x

、d

z

同理；

L

为

种材料在

方向长度(mm)；

L

、

L

同理。

在CFD仿真软件中对电池组模型进行1 C放电倍率仿真计算，单体电池数据采用上文计算值，初始及边界条件设置为：环境温度设置为25 ℃，空气对流换热系数为2.0 W/(m

·K)

，最大物理时间设置为3600 s。1 C 放电倍率下仿真结果如图3 所示，电池组中间温度最高，逐渐向四周降低。电池组温度最高约为39.2 ℃，最低约为37.6 ℃，温差最大约为1.6 ℃。

综上所述，通过对内江市花萼湿地公园景观设计工程的研究能够发现，由于其处于所在地区的生态环境保护中心区域，所以其在景观建设上充分地凸显出了具有区域特色的城市湿地空间设计，在绿植的种植方面也进行了科学合理的设计，充分利用当地的历史人文景观资源，借以提升该城市湿地公园建设对于生态环境保护的应用价值。另一方面，通过对本文的分析能够发现，生态城市的建设以及城市环境及应用资源的保护对于实现城市可持续化发展具有重要促进作用。

3.3 仿真结果分析

通过仿真数据采集，对不同质量流量下(0.2、0.6、1.0、1.5 和2.0 kg/s)两种结构的电池组最高温度、最大温差和冷却用时进行对比分析。

图5 为0.2 kg/s 与2.0 kg/s 质量流量单向流通结构电池组温度分布与各单体电池温度变化曲线。当质量流量为0.2 kg/s 时，如图5(a)所示，观察电池组温度分布图，发现冷却液在该结构的冷却液进口部分温度较低，而在出口部分温度较高，导致电池组前部分单体电池温度均小于后部分单体电池；由各单体电池温度变化曲线可知，冷却系统启动时，电池组中各单体电池随冷却液流向依次开始降温，冷却过程中电池组温度一致性不良。当质量流量为2.0 kg/s 时，如图5(b)所示，观察电池组温度分布图，冷却结构中较低温度的冷却液的占比较质量流量为0.2 kg/s时增大；观察其各单体电池温度变化曲线，在冷却系统启动后，各单体电池温度均异常升高，与质量流量为0.2 kg/s相同的是，每块电池的冷却也均不同步，冷却过程中温度一致性不良。对比两个温度变化曲线末端，质量流量为2.0 kg/s时各单体电池之间温差比质量流量为0.2 kg/s 时小，温度一致性较好。

冷却后不同质量流量下两种冷却结构电池组的最高温度对比如图9所示。从图中可以看出，两种冷却结构下电池组最高温度均随质量流量增大而减小。当质量流量为0.2 kg/s时，双向对流结构的电池组最高温度小于单向流通结构；在质量流量为0.6 kg/s、1.0 kg/s与1.5 kg/s时，双向对流结构的电池组温度均大于单向流通结构；而当质量流量为2.0 kg/s 时，单向流通结构会产生冷却液温度异常升高，导致单向流通结构的电池组最高温度大于双向对流结构。

平均密度公式如下：

图10 为不同质量流量下两种冷却结构的最大温差。从图10 可以看出，各质量流量下，双向对流结构的电池组最大温差均小于单向流通结构。单向流通结构电池组最大温差随质量流量的增大，先快速下降，然后平缓，在接近2.0 kg/s时，又出现上升趋势。双向对流结构电池的最大温差随质量流量增大，先上升，然后趋于水平，受质量流量变化的影响逐渐降低。

3.3.3 冷却用时

将通过试验仪器测得的振型与理论计算软件得出的振型进行比较，振型比较如图10所示。由图10可知，1阶振型图是边缘2个对称点之间的弯曲振动，3阶振型图是中间部分的垂直上下弯曲振动，4阶振型图与5阶振型图是飞轮边缘的弯曲振动，6阶振型图是飞轮内部的扭转振动。

本文统一采用电池组从30 ℃冷却至27 ℃的用时作为冷却用时标准。图11 为不同质量流量下两种结构的冷却用时对比图。如图11 所示，单向流通结构电池组的冷却用时在不同质量流量下均小于双向结构，但随着质量流量的增大，双向对流结构电池组冷却用时有减少趋势，而单向流通结构电池组冷却用时有增多趋势。

4 结 论

本文构建了方形磷酸铁锂电池电化学-热耦合模型，进行了1 C下电池组生热仿真计算，在自然对流环境下，电池中部温度较高，温度较为集中，温差较大。根据电池组发热情况，设计了单向流通结构和双向对流结构的两种蛇形冷却系统，进行了不同质量流量下两种结构的冷却性能仿真对比分析，得出结论如下：

潘美丽扭着短粗的脖子，剜了丁主任一眼：你是给我老爸添麻烦。丁主任的脸更红了，甲洛洛赶忙转移视线：都是我的责任，不关丁主任的事，但我一定会查清楚，请大家放心。

（1）电池组在单向流通结构中温升相比于双向对流结构较快。两种结构的最大电池温度随着质量流速的增加而逐渐降低。

女人松开她的手，顺着脚前一个斜坡地槽走下去，仰着脸说：“这个地窝子，是五连同志们昨天专门为你腾出来的，好用着呢，冬暖夏凉，别嫌弃。妹子，五连可是英雄的五连，个个都是好汉。我家老刀说，这是将军讲的。”女人看着田志芳不肯挪步，又说：“妹子，暂时住段时间，放心吧，杨连长已给你另有安排。”

（2）在所讨论的任一质量流量下，双向对流结构电池组在冷却达到稳态温度时的最大温差均小于单向流通结构，单向流通结构电池组在冷却达到稳态温度的用时均小于双向流通结构。

（3）本文仅对固定质量流量进行了研究分析，后续还可进行动态质量流量分析，从而降低动力电池组的自身能耗，提高电池组的冷却效果。

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