发明人:周芳,侯敏,刘思,曹辉,郝悦,李立楠,彭
专利权人:上海航天电源技术有限责任公司
公开日:2019-05-10
公开号:CN106227970B
专利类别:发明授权
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摘要:本发明公开了一种用于锂离子电池热管理系统的相变材料热仿真分析方法,包含:步骤1,建立小球状相变材料热仿真分析模型;步骤2,基于非线性1阶球坐标热传导基础方程式和有限差分法解析;步骤3,针对相变过程,导入热焓与温度关系式;步骤4,针对小球状相变材料定义热仿真分析所需的材料属性、边界条件、初始温度;步骤5,采用EXCEL2010宏功能进行方程式运算,实现相变材料的热仿真分析;步骤6,试验验证。本发明能够在没有专业软件的条件下,通过EXCEL平台实现相变材料的热仿真分析,判断相变过程中物质变化状态、温度,为潜热散热 加热设计提供有力参考,可扩展至其他相变材料的热仿真分析,应用广泛。
1.一种用于锂离子电池热管理系统的相变材料热仿真分析方法,其特征在于,该方法包含以下步骤:步骤1,在1阶球坐标系下建立包含相变材料的蓄热小球热仿真模型:所述的蓄热小球内填充满相变材料,且外包装厚度不计,热仿真分析过程中小球所处环境视为恒温条件下,以小球中心为坐标0,沿半径r方向以间距Δr等比例划分为i份,小球表面为坐标i-1,小球外部点为i,参照非线性1阶球坐标系的差分格子,其中,i=0~11;时间t=kΔt,k代表时刻,T代表温度,为节点i处k时刻的温度,是节点i处k+1时刻的温度;步骤2,基于非线性1阶球坐标热传导基础方程式和有限差分法解析,其包含以下步骤:步骤2.1、非线性1阶方程如式(1)所示,式(1)中a为温度热传导率; 其中:步骤2.2、根据有限差分法可得温度节点i的温度变化式如(2)所示, ,其中,c代表比热,λ代表热传导率,ρ代表密度;步骤3,针对相变材料潜热蓄热过程,导入热焓与温度关系式,其包含以下步骤:步骤3.1,式(3.1)和式(3.2)分别为同一物质固态和液态状态下的热焓H与温度T的关系式,其中,L为凝固潜热,c代表比热,不考虑凝固潜热与密度间关系;H1=L+c液XT (3.1)H2=c固×T (3.2)步骤3.2,根据有限差分法可计算的下一时间节点热焓变化量,如式(4)所示,根据热焓与温度关系式(3.1)、(3.2)可求得k+1时刻的温度; 步骤3.3、中心节点热焓变化量根据热收支公式(5)球体积×温度变化=表面积×Flux×a求得,如式(6)所示; 其中,Flux代表热流密度;步骤4,针对小球状相变材料定义热仿真分析所需的材料属性、边界条件、初始温度;步骤5,采用EXCEL2010宏功能进行方程式运算,实现相变材料的热仿真分析;步骤6,在绝热环境下,基于相变材料进行锂离子电池吸热试验,测试相变材料外表面温度,与仿真结果对比,确认其准确性。
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