【《充电巢柜换热模拟分析案例》8400字】

充电巢柜换热模拟分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u29202充电巢柜换热模拟分析案例 113281.1充电巢柜的换热 1280581.2比较一代和二代上下通风模型并确立进、出风口 2143311.3充电巢柜的低风速换热 6212911.3.125℃下的充电巢柜的低风速换热 6171741.3.235℃下的充电巢柜的低风速换热 13239541.4充电巢柜的高风速换热 208561.4.125℃下的充电巢柜的高风速换热 20221491.4.235℃下的充电巢柜的高风速换热 27充电巢柜的换热在进行模拟时，不管是两种换热方式中的哪一种，电池均以1C的充电倍率进行充电，所以在本次模拟时，也以1C的充电倍率为主要模拟对象。此前人们已经做过实验表明，在电池模组中的最高温度应该在50℃以内，而最大温差应该控制在5℃以内，这样才能不打破在电池工作时电池内部的平衡，这个温度差在电池充放电时应当是一样的[28][29]。比较一代和二代上下通风模型并确立进、出风口图SEQ图\*ARABIC20上下通风一代模型在0.5C充电倍率，25℃，上侧进风，低风速下巢柜最高温度曲线图SEQ图\*ARABIC21上下通风一代模型在0.5C充电倍率，25℃，下侧进风，低风速下巢柜最高温度曲线上图20为上下通风一代模型在0.5C充电倍率，25℃环境温度，上侧进风，低风速下的巢柜最高温度曲线，图21为上下通风一代模型在0.5C充电倍率，25℃环境温度，下侧进风，低风速下的巢柜最高温度曲线，由两个巢柜模型最高温度曲线对比可得，下侧进风的巢柜模型最高温度比上侧进风的巢柜模型最高温度偏低一点，且本次模拟是以0.5C充电倍率为例，电池内产热率相对较低，对于高倍率充电来说，两种通风方式的最高温度差应当更明显。且观察两条曲线，可以明显发现，从下通风口进风的话，曲线达到最高温度所用步骤相对而言更短，说明从下通风口进风对巢柜冷却效果更好。分析原因是因为热空气密度小，冷空气密度大，从下通风口进风、上通风口出风可以减少空气阻力，提高换热率，所以在二代上下通风巢柜模型也采用了从下通风口进风，上通风口出风的空气流向。而对于左右通风的巢柜模型从任何一边进风结果都是一样的。所最终确立的巢柜模型为以下两种：图SEQ图\*ARABIC22上下通风巢柜空气流动图图SEQ图\*ARABIC23上下通风巢柜空气流动图然后在相同的工况下对比一代和二代巢柜的模拟结果，确定所选用的模型。图SEQ图\*ARABIC24上下通风一代模型在0.5C充电倍率，25℃，下侧进风，低风速下巢柜内部温度场图SEQ图\*ARABIC25上下通风二代模型在0.5C充电倍率，25℃，下侧进风，低风速下巢柜内部温度场图24是上下通风一代模型在0.5C充电倍率，25℃，下侧进风，低风速下的巢柜内部温度场，图25是上下通风二代模型在0.5C充电倍率，25℃，下侧进风，低风速下巢柜的内部温度场，从两个巢柜模型的温度场可以看出来，一代巢柜模型最高温度比二代巢柜模型最高温度高出5℃左右，分析是因为第二类巢柜模型通风口相对于第一类巢柜模型而言有更大的截面积，而且进出风口设计在了巢柜内部空气流动路线上，通风更加流畅，对于巢柜内部冷却效果也越好。所以在后面的实验中采用了第二种通风模型。充电巢柜的低风速换热25℃下的充电巢柜的低风速换热图SEQ图\*ARABIC26环境温度为25℃，上下通风模型在0.5C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC27环境温度为25℃，左右通风模型在0.5C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC28环境温度为25℃，上下通风模型在0.5C充电倍率下的最高温度曲线图SEQ图\*ARABIC29环境温度为25℃，左右通风模型在0.5C充电倍率下的最高温度曲线图26为环境温度为25℃，上下通风模型在0.5C充电倍率下的温度场，图27为环境温度为25℃，左右通风模型在0.5C充电倍率下的温度场，此时充电电流为12A，电池包充满需要2h。图28为环境温度为25℃，上下通风模型在0.5C充电倍率下的最高温度曲线，图29为环境温度为25℃，左右通风模型在0.5C充电倍率下的最高温度曲线。通过分析两个温度场图的最高温度和两条最高温度变化曲线，我们可以看出，左右通风模型的最高温度略低于上下通风模型，且左右通风模型的最高温度变化曲线到达稳定所需要时间比上下通风模型的要短，说明左右通风模型的换热效率更高，换热速度更快。两个模型的最高温度相差不大，相对于环境温度只提高了几度，均在锂离子电池工作的额定温度范围内。在上下通风模型中，上方电池包温度高于下方电池包；在左右通风模型中，右方电池包温度高于左方电池包温度。分析原因应该是在上下通风模型中，空气从下通风口通入，从上通风口离开，因此在风冷换热的过程中，空气先从下方进入，下方的空气温度最低，空气与电池包温差最大，电池包能够得到最好的冷却效果，因此最下面一排的电池包的温度最低。而随着空气的向上流动，空气也被电池包加热，从而达到高于外部环境的温度，因此在最下面一排之后的电池包的冷却效果就会有所下降。因此，电池包的冷却效果就是从下至上逐渐变差，使高温出现在最上面一排电池包上。同理，在左右通风模型中，左边电池包的温度低于右边电池包的原因也是因为在模拟时是从左通风口进风，右通风口排风，所以左方电池包先被冷却，冷却效果好于右方电池包。此时两种巢柜模型都可以满足锂离子电池的正常使用温度。图SEQ图\*ARABIC30环境温度为25℃，上下通风模型在1C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC31环境温度为25℃，左右通风模型在1C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC32环境温度为25℃，上下通风模型在1C充电倍率下的最高温度曲线图SEQ图\*ARABIC33环境温度为25℃，左右通风模型在1C充电倍率下的最高温度曲线图30为环境温度为25℃，上下通风模型在1C充电倍率下的温度场，图31为环境温度为25℃，左右通风模型在1C充电倍率下的温度场，此时充电电流为24A，电池包充满需要1h。图32为环境温度为25℃，上下通风模型在1C充电倍率下的最高温度曲线，图33为环境温度为25℃，左右通风模型在1C充电倍率下的最高温度曲线。通过分析两个温度场图的最高温度和两条最高温度变化曲线，我们可以看出，左右通风模型的最高温度仍然略低于上下通风模型，但是左右通风模型的最高温度变化曲线到达稳定所需要时间比上下通风模型相对于0.5C充电倍率有了较为明显的优势，说明在高温下，随着充电倍率的提高，左右通风模型的相对而言优势，冷却效率更加明显。两个模型的最高温度相差仍然不大，但是相对于环境温度有了一个相对明显提高，但是仍然均在锂离子电池工作的额定温度范围内。图SEQ图\*ARABIC34环境温度为25℃，上下通风模型在2C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC35环境温度为25℃，左右通风模型在2C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC36环境温度为25℃，上下通风模型在2C充电倍率下的最高温度曲线图SEQ图\*ARABIC37环境温度为25℃，左右通风模型在2C充电倍率下的最高温度曲线图34为环境温度为25℃，上下通风模型在2C充电倍率下的温度场，图35为环境温度为25℃，左右通风模型在2C充电倍率下的温度场，此时充电电流为24A，电池包充满需要0.5h。图36为环境温度为25℃，上下通风模型在2C充电倍率下的最高温度曲线，图37为环境温度为25℃，左右通风模型在2C充电倍率下的最高温度曲线。通过分析两个温度场图的最高温度和两条最高温度变化曲线，我们可以看出，左右通风模型的最高温度低于上下通风模型，且有了一个较大的温度差，左右通风模型的最高温度变化曲线到达稳定所需要时间比上下通风模型相对于0.5C和1C充电倍率有了十分明显的优势，左右通风模型相对于上下通风模型相比在很短的时间内就将充电巢柜机器内部电池包的温度冷却下来，说明随着充电倍率的提高，左右通风模型的优点也在逐渐突出，冷却效率更加明显。两个模型的最高温度相差已经达到了十摄氏度，相对于环境温度有了一个明显提高，但是两个模型的模拟结果均高出了锂离子电池工作的额定温度范围，此时两个模型将不再适用。表SEQ表\*ARABIC4环境温度为25℃时低风速通风状态下两个模型是否可用充电倍率0.5C1C2C左右通风可用可用不可用上下通风可用可用不可用从上表可以看出，在环境温度为25℃时，两种巢柜模型在0.5C和1C的充电倍率充电时均可使用，当使用2C的充电倍率充电时，两种巢柜模型均不适用，但是相对而言左右通风的巢柜模型在控温效果上效率更高，但是同时因为通风口数量更多，通风面积更大，所以需要大功率的通风能力，消耗也会更大。35℃下的充电巢柜的低风速换热图SEQ图\*ARABIC38环境温度为35℃，上下通风模型在0.5C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC39环境温度为35℃，左右通风模型在0.5C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC40环境温度为35℃，上下通风模型在0.5C充电倍率下的最高温度曲线图SEQ图\*ARABIC41环境温度为35℃，左右通风模型在0.5C充电倍率下的最高温度曲线图38为环境温度为35℃，上下通风模型在0.5C充电倍率下的温度场，图39为环境温度为35℃，左右通风模型在0.5C充电倍率下的温度场，此时充电电流为12A，电池包充满需要2h。图40为环境温度为35℃，上下通风模型在0.5C充电倍率下的最高温度曲线，图41为环境温度为35℃，左右通风模型在0.5C充电倍率下的最高温度曲线。通过分析两个温度场图的最高温度和两条最高温度变化曲线，我们可以看出，左右通风模型的最高温度略低于上下通风模型，且左右通风模型的最高温度变化曲线到达稳定所需要时间比上下通风模型的要短，说明左右通风模型的换热效率更高，换热速度更快。两个模型的最高温度相差不大，相对于环境温度只提高了几度，就结果而言，两个模型并没有明显的差别，均在锂离子电池工作的额定温度范围内。图SEQ图\*ARABIC42环境温度为35℃，上下通风模型在1C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC43环境温度为35℃，左右通风模型在1C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC44环境温度为35℃，上下通风模型在1C充电倍率下的最高温度曲线图SEQ图\*ARABIC45环境温度为35℃，左右通风模型在1C充电倍率下的最高温度曲线图42为环境温度为35℃，上下通风模型在1C充电倍率下的温度场，图43为环境温度为35℃，左右通风模型在1C充电倍率下的温度场，此时充电电流为24A，电池包充满需要1h。图44为环境温度为35℃，上下通风模型在1C充电倍率下的最高温度曲线，图45为环境温度为35℃，左右通风模型在1C充电倍率下的最高温度曲线。通过分析两个温度场图的最高温度和两条最高温度变化曲线，我们可以看出，左右通风模型的最高温度比上下通风模型低了三度左右，且左右通风模型的最高温度变化曲线到达稳定所需要时间比上下通风模型的要短，表明左右通风模型的换热效率更高，换热速度更快。但是上下通风模型的最高温度已经突破了50℃，高出了锂离子电池工作的最佳温度范围，而左右通风模型中锂离子电池最高温度虽然并未超过50℃，但是也已经接近了。此时已经不再建议使用上下通风模型巢柜，而左右通风模型仍然可以勉强使用。图SEQ图\*ARABIC46环境温度为35℃，上下通风模型在2C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC47环境温度为35℃，左右通风模型在2C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC48环境温度为35℃，上下通风模型在2C充电倍率下的最高温度曲线图SEQ图\*ARABIC49环境温度为35℃，左右通风模型在2C充电倍率下的最高温度曲线图46为环境温度为35℃，上下通风模型在2C充电倍率下的温度场，图47为环境温度为35℃，左右通风模型在2C充电倍率下的温度场，此时充电电流为48A，电池包充满需要0.5h。图48为环境温度为35℃，上下通风模型在2C充电倍率下的最高温度曲线，图49为环境温度为35℃，左右通风模型在2C充电倍率下的最高温度曲线。通过分析两个温度场图的最高温度和两条最高温度变化曲线，我们可以看出，左右通风模型的最高温度比上下通风模型的最高温度低了很多，且左右通风模型的最高温度变化曲线到达稳定所需要时间比上下通风模型的要短，表明左右通风模型的换热效率更高，换热速度更快。但是两个模型的最高温度均已经突破了50℃，上下通风模型的最高温度甚至已经达到了90℃，高出了锂离子电池工作的最佳温度范围，此时两个巢柜模型均不能使用。表SEQ表\*ARABIC5环境温度为35℃时低风速通风状态下两个模型是否可用充电倍率0.5C1C2C左右通风可用勉强可用不可用上下通风可用不可用不可用从上表可以看出，在环境温度为35℃时，两种巢柜模型在0.5C的充电倍率充电时均可使用，在使用1C的充电倍率充电时，上下通风巢柜模型已经不再可用，而左右通风模型勉强可以使用，当使用2C的充电倍率充电时，两种巢柜模型均不适用。所以不论哪种柜子模型，不论在哪个环境温度下工作，在使用2C的充电倍率充电时，巢柜内部电池的最高温度均会超过锂离子电池工作的最佳温度，所以两种柜子模型均不适用；而在环境温度为35摄氏度，使用1C的充电倍率充电时，上下通风巢柜模型不可用，左右通风巢柜模型也仅仅是勉强可用，所以低风速的柜子模型并不适用。充电巢柜的高风速换热25℃下的充电巢柜的高风速换热图SEQ图\*ARABIC50环境温度为25℃，上下通风模型在0.5C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC51环境温度为25℃，左右通风模型在0.5C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC52环境温度为25℃，上下通风模型在0.5C充电倍率下的最高温度曲线图SEQ图\*ARABIC53环境温度为25℃，左右通风模型在0.5C充电倍率下的最高温度曲线图50为环境温度为25℃，上下通风模型在0.5C充电倍率下的温度场，图51为环境温度为25℃，左右通风模型在0.5C充电倍率下的温度场，此时充电电流为12A，电池包充满需要2h。图52为环境温度为25℃，上下通风模型在0.5C充电倍率下的最高温度曲线，图53为环境温度为25℃，左右通风模型在0.5C充电倍率下的最高温度曲线。通过分析两个温度场图的最高温度和两条最高温度变化曲线，我们可以看出，左右通风模型的最高温度略低于上下通风模型，且左右通风模型的最高温度变化曲线到达稳定所需要时间比上下通风模型的要短，说明左右通风模型的换热效率更高，换热速度更快。两个模型的最高温度相差不大，相对于环境温度只提高了几度，均在锂离子电池工作的额定温度范围内。相对于低风速换热，在0.5C的充电倍率充电时，高风速换热达到稳定的时间更短，而且两种巢柜模型中锂离子电池的最高温度均低于低风速换热，说明因为空气流速的加快增大了空气和锂离子电池间的换热系数，提高了换热效率。图SEQ图\*ARABIC54环境温度为25℃，上下通风模型在1C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC55环境温度为25℃，左右通风模型在1C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC56环境温度为25℃，上下通风模型在1C充电倍率下的最高温度曲线图SEQ图\*ARABIC57环境温度为25℃，左右通风模型在1C充电倍率下的最高温度曲线图54为环境温度为25℃，上下通风模型在1C充电倍率下的温度场，图55为环境温度为25℃，左右通风模型在1C充电倍率下的温度场，此时充电电流为24A，电池包充满需要1h。图56为环境温度为25℃，上下通风模型在1C充电倍率下的最高温度曲线，图57为环境温度为25℃，左右通风模型在1C充电倍率下的最高温度曲线。通过分析两个温度场图的最高温度和两条最高温度变化曲线，我们可以看出，左右通风模型的最高温度仍然略低于上下通风模型，但是左右通风模型的最高温度变化曲线到达稳定所需要时间比上下通风模型相对于0.5C充电倍率有了较为明显的优势，说明在高温下，随着充电倍率的提高，左右通风模型的相对而言优势，冷却效率更加明显。两个模型的最高温度相差仍然不大，但是相对于环境温度有了一个相对明显提高，但是仍然均在锂离子电池工作的额定温度范围内。同时在左右通风巢柜模型中后面出现了温度曲线波动的情况，据猜测应该是风速增大，加上柜子内部结构复杂，造成空气流动不再是层流，出现了湍流或者气旋等情况，造成换热不稳定。图SEQ图\*ARABIC58环境温度为25℃，上下通风模型在2C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC59环境温度为25℃，左右通风模型在2C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC60环境温度为25℃，上下通风模型在2C充电倍率下的最高温度曲线图SEQ图\*ARABIC61环境温度为25℃，左右通风模型在2C充电倍率下的最高温度曲线图58为环境温度为25℃，上下通风模型在2C充电倍率下的温度场，图59为环境温度为25℃，左右通风模型在2C充电倍率下的温度场，此时充电电流为48A，电池包充满需要0.5h。图60为环境温度为25℃，上下通风模型在2C充电倍率下的最高温度曲线，图61为环境温度为25℃，左右通风模型在2C充电倍率下的最高温度曲线。通过分析两个温度场图的最高温度和两条最高温度变化曲线，我们可以看出，左右通风模型的最高温度低于上下通风模型，且有了一个较大的温度差，左右通风模型的最高温度变化曲线到达稳定所需要时间比上下通风模型相对于0.5C和1C充电倍率有了十分明显的优势，左右通风模型相对于上下通风模型相比在很短的时间内就将充电巢柜机器内部电池包的温度冷却下来，说明随着充电倍率的提高，左右通风模型的优点也在逐渐突出，冷却效率更加明显。两个模型的最高温度相差已经达到了十摄氏度，最终温度相对于环境温度也有了一个明显提高，但是两个模型的模拟结果均高出了锂离子电池工作的额定温度范围，此时两个模型将不再适用。表SEQ表\*ARABIC6环境温度为25℃时低风速通风状态下两个模型是否可用充电倍率0.5C1C2C左右通风可用可用不可用上下通风可用可用不可用从上表可以看出，在环境温度为25℃时，两种巢柜模型在0.5C和1C的充电倍率充电时均可使用，当使用2C的充电倍率充电时，两种巢柜模型均不适用，但是相对而言左右通风的巢柜模型在控温效果上效率更高，但是同时因为通风口数量更多，通风面积更大，所以需要大功率的通风能力，消耗也会更大。35℃下的充电巢柜的高风速换热图SEQ图\*ARABIC62环境温度为35℃，上下通风模型在0.5C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC63环境温度为35℃，左右通风模型在0.5C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC64环境温度为35℃，上下通风模型在0.5C充电倍率下的最高温度曲线图SEQ图\*ARABIC65环境温度为35℃，左右通风模型在0.5C充电倍率下的最高温度曲线图62为环境温度为35℃，上下通风模型在0.5C充电倍率下的温度场，图63为环境温度为35℃，左右通风模型在0.5C充电倍率下的温度场，此时充电电流为12A，电池包充满需要2h。图64为环境温度为35℃，上下通风模型在0.5C充电倍率下的最高温度曲线，图65为环境温度为35℃，左右通风模型在0.5C充电倍率下的最高温度曲线。通过分析两个温度场图的最高温度和两条最高温度变化曲线，我们可以看出，左右通风模型的最高温度略低于上下通风模型，且左右通风模型的最高温度变化曲线到达稳定所需要时间比上下通风模型的要短，说明左右通风模型的换热效率更高，换热速度更快。两个模型的最高温度相差不大，相对于环境温度只提高了几度，就结果而言，两个模型并没有明显的差别，均在锂离子电池工作的最佳工作温度范围内。图SEQ图\*ARABIC66环境温度为35℃，上下通风模型在1C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC67环境温度为35℃，左右通风模型在1C充电倍率下的温度场图SEQ图\*ARABIC68环境温度为35℃，上下通风模型在1C充电倍率下的最高温度曲线图SEQ图\*ARABIC69环境温度为35℃，左右通风模型在1C充电倍率下的最高温度曲线图66为环境温度为35℃，上下通风模型在1C充电倍率下的温度场，图67为环境温度为35℃，左右通风模型在1C充电倍率下的温度场，此时充电电流为24A，电池包充满需要1h。图68为环境温度为35℃，上下通风模型在1C充电倍率下的最高温度曲线，图69为环境温度为35℃，左右通风模型在1C充电倍率下的最高温度曲线。通过分析两个温度场图的最高温度和两条最高温度变化曲线，我们可以看出，左右通风模型的最高温度比上下通风模型低了两度左右，且左右通风模型的最高温度变化曲线到达稳定所需要时间比上下通风模型的要短，表明左右通风模型的换热效率更高，换热速度更快。但是此时两各充电巢柜模型中的锂离子电池的温度仍然在50℃以下，仍然在锂离子电池适宜工作温度范围内，不过上下通风模型的最高温度也已经到了48℃左右，而左右通风模型的最高温度大约是在46℃，所以仍是推荐食用菌左右通风模型的充电巢柜。图SEQ图\*ARABIC70环境温度为35℃，上下通风模型