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热电制冷技术在锂离子电池热管理上的应用研究崔灿;申利梅;陈焕新【摘要】锂离子动力电池具有电压平台高、比能量大、充放电效率高及寿命长等优势,已经在新能源汽车领域得到了普遍应用.但它的散热问题成了制约其发展的瓶颈.目前锂离子电池的散热有多种散热方式,鉴于热电制冷具有冷热端灵活转换,高可靠性,安全性等优点,本文将热电制冷技术应用于蓄电池的散热,基于电池的发热机理提出了一种新的散热优化方案,并通过ICEPAK进行了热仿真分析.研究发现该方案能够在环境温度为40℃的恶劣条件下,使电池表面平均温度维持在30℃左右,能够适应电池的散热需求,为日后热电技术在汽车领域的应用提供了参考.【期刊名称】《制冷》【年(卷),期】2017(036)003【总页数】6页(P13-18)【关键词】动力电池;散热;热电制冷;热仿真【作者】崔灿;申利梅;陈焕新【作者单位】华中科技大学中欧清洁与可再生能源学院,湖北武汉430074;华中科技大学能源与动力工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学能源与动力工程学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TB61+9Abstract ： Lithium-ion battery has a high voltage platform，high energy，high charge and discharge efficiency and long life and so on，which have been widely applied in the field of new energy vehicles．However，theheat dissipationhave become the bottleneck problem which limited the development of battery．There have been many ways to cooling the battery until now．For the TEC(thermoelectric cooling) have the advantage of flexible conversion between hot and cold side，high reliability and high safety，we use the TEC to the management of the battery，we proposed a new structure which based on the thermal generation of the battery anddo the thermal simulation in the Ansys．Our research find the TEC can maintain the battery 30℃ in the environment temperature of 40℃，which meet the requirement of thermal dissipation and can be the reference for using on the electric vehicles．Key words：Lithium-ion battery；Dissipation；TEC；Thermal simulation锂离子电池因比能大、循环寿命长、低温效应好等优点是目前首选的动力蓄电池，是提高整车性能和降低成本的关键。
电子器件的热管理技术有哪些在当今科技飞速发展的时代，电子器件的性能不断提升，集成度越来越高，其产生的热量也随之大幅增加。
如果不能有效地管理这些热量，将会严重影响电子器件的性能、可靠性和寿命。
因此，电子器件的热管理技术成为了电子领域中至关重要的研究课题。
一、风冷散热技术风冷散热是最为常见和传统的散热方式之一。
它主要依靠风扇产生的气流来带走电子器件产生的热量。
风扇通常安装在散热器上，通过旋转产生强制对流，将散热器表面的热量迅速带走。
散热器一般由金属材料制成，如铝或铜，具有良好的导热性能。
其表面通常设计有鳍片结构，以增加与空气的接触面积，提高散热效率。
风冷散热技术的优点是成本相对较低，安装和维护简单。
然而，它的散热能力有限，对于一些高功率、高热量的电子器件，可能无法满足散热需求。
此外，风扇运行时会产生噪音，在一些对噪音要求较高的场合可能不太适用。
二、液冷散热技术液冷散热是一种高效的散热方式，其散热效率通常高于风冷散热。
在液冷系统中，冷却液（如水、乙二醇溶液等）在泵的驱动下流经电子器件的发热部位，吸收热量后，再通过散热器将热量散发到外界环境中。
与风冷散热相比，液体的比热容较大，能够吸收更多的热量，从而实现更好的散热效果。
液冷散热技术可以分为直接液冷和间接液冷两种。
直接液冷是指冷却液直接与电子器件接触，进行热量交换；间接液冷则是通过中间的热交换器将电子器件产生的热量传递给冷却液。
液冷散热技术的优点是散热效率高、噪音低，但系统相对复杂，成本较高，且存在冷却液泄漏的风险。
三、热管散热技术热管是一种利用相变传热原理的高效传热元件。
热管内部通常填充有工作液体，如氨、水等。
当热管一端受热时，工作液体蒸发成气体，在微小的压差下流向另一端。
在另一端，气体冷却凝结成液体，同时释放出潜热。
液体再通过毛细作用或重力回流到受热端，如此循环往复，实现热量的快速传递。
热管具有极高的导热性能，能够在较小的温差下传递大量的热量。
它可以与风冷或液冷技术结合使用，进一步提高散热效果。
电气设备的热管理与散热技术的最新进展在当今科技飞速发展的时代，电气设备在各个领域的应用日益广泛，从消费电子到工业制造，从通信设备到新能源汽车，无一不依赖高效可靠的电气设备。
然而，随着电气设备性能的不断提升和集成度的逐渐增加，其发热问题也变得愈发严重。
过高的温度不仅会影响设备的性能和稳定性，还可能缩短设备的使用寿命，甚至引发安全隐患。
因此，电气设备的热管理与散热技术成为了保障设备正常运行的关键因素。
近年来，这一领域取得了一系列令人瞩目的进展，为电气设备的发展注入了新的活力。
一、电气设备热产生的原因及影响电气设备在工作过程中，电能的转换和传输不可避免地会产生热量。
例如，在集成电路中，电子的流动会与晶格发生碰撞，导致能量损耗并转化为热能；在电机中，电流通过绕组时的电阻损耗以及铁芯中的磁滞和涡流损耗都会产生大量的热。
此外，设备内部的元件之间以及元件与周围环境之间的热阻也会阻碍热量的散发，进一步加剧了温度的升高。
高温对电气设备的影响是多方面的。
首先，它会降低电子元件的性能，例如导致电阻值的变化、电容的漏电增加以及半导体器件的载流子迁移率下降等，从而影响设备的精度和可靠性。
其次，高温会加速材料的老化和氧化，缩短设备的使用寿命。
在极端情况下，过高的温度还可能导致设备的短路、起火甚至爆炸，造成严重的安全事故。
二、传统散热技术及其局限性为了应对电气设备的发热问题，传统的散热技术主要包括自然对流散热、强制风冷散热和液冷散热等。
自然对流散热是最简单也是最常见的散热方式，它依靠空气的自然流动来带走热量。
这种方式无需额外的动力装置，成本低，但散热效率也相对较低，适用于发热量较小的设备。
强制风冷散热则通过风扇等装置强制推动空气流动，增加了空气与散热表面的接触速度和流量，从而提高了散热效率。
然而，风扇的运行会产生噪音，而且在一些灰尘较多的环境中，风扇容易吸入灰尘，影响散热效果。
液冷散热则利用液体的高比热容和良好的导热性能来吸收和传递热量。
热管制冷原理的应用热管制冷概述热管制冷是一种利用热管的传热和传质特性来实现制冷的技术。
热管是一种热传递器件，由工作介质填充的密封通道组成。
它利用工作介质在管道内的汽化和冷凝过程来完成热量传递。
热管制冷技术以其高效、节能的特点，被广泛应用于航天器、电子设备以及工业制冷等领域。
热管制冷原理热管制冷的原理基于热管运载的工作介质的汽化和冷凝。
当热管的一端加热时，工作介质在热管内汽化成气体，从而产生大量的蒸汽。
蒸汽被压缩到热管的另一端，通过冷凝器将热量传递给外部环境。
冷凝后的工作介质液化成液体，被毛细力或重力送回到加热端，循环往复。
这样循环运行下去，实现了热量的传递和制冷效果。
热管制冷的优势热管制冷技术相比传统的制冷技术具有以下优势：•高效能：热管制冷技术利用工作介质的汽化和冷凝过程进行热量传递，具有很高的传热效率。
•节能环保：热管制冷过程中无需使用机械压缩制冷剂，没有动力设备产生噪音和振动，因此具有低能耗和环保的特点。
•可靠性高：热管制冷技术无机械运动部件，减少了故障发生的可能性，具有很高的可靠性。
•体积小巧：热管结构紧凑，适合小型化应用，可以节约空间。
•适应性广泛：热管制冷技术可适用于各种工况下的制冷需求，并且具有很好的稳定性和温度控制性。
热管制冷的应用领域热管制冷技术已经在许多领域得到了广泛的应用，下面列举了其中的几个典型应用领域：航天器制冷在航天器中，由于外部环境的极端温度条件，需要对设备和宇航员的生活空间进行冷却。
热管制冷技术可以高效地将热量传递给航天器表面，从而实现冷却效果。
而且，由于热管制冷技术的微重力适应能力，使其在航天器中得到了广泛应用，大大提高了航天器的工作效率和可靠性。
电子设备冷却电子设备的工作过程中会产生大量的热量，如果无法及时散热，会导致电子设备的性能下降甚至损坏。
热管制冷技术可以将电子设备内的热量传递给外部环境，实现设备的有效冷却。
与传统冷却技术相比，热管制冷技术可以提供更高的冷却效率和更静音的工作环境。
关于新能源汽车冷却系的参考文献统新能源汽车的研发，可有效改善传统燃油汽车所造成的环境污染问题，通过零污染、零排放，与我国可持续发展战略相一致。
基于此，文章对新能源汽车动力电池为切入点，从气体介质、液体介质、相变介质三方面，对新能源汽车动力电池冷却技术进行探讨，仅供参考。
新能源汽车的研发，通过电力能源取代传统燃油能源，可有效实现能源的节约，减少尾气排放，进一步符合我国节能环保工作的开展。
此外，在汽车充电桩设施的布局下，可满足新能源汽车的续航需求，为电力能源与机械能源之间的转换提供基础保障。
但电池装置在长时间驱动状态下，电能与热能之间的比例将呈现出负增长现象，当电池热能的产生高于热能输出时，则将加剧电力能源的损耗，缩减电池装置的使用寿命。
电池冷却技术的应用，则可为电池装置进行热量管理，通过不同技术工艺、介质材料等，及时将电池装置产生的热量进行分散，以提高电池生命周期，为企业创造更为的经济利润。
所谓新能源汽车动力电池，就是为新能源汽车提供动力的一种电源。
就目前的市场来看，用来为新能源汽车提供动力的电源主要包括镍氢电池、铅酸电池、燃料电池和锂电池。
镍氢电池这种蓄电池的性能十分良好，具体应用中，可按照高压镍氢电池以及普通镍氢电池来进行划分。
在新能源汽车中，该动力电池的主要应用优势是放电功率大、记忆效应小、使用寿命长、可循环使用。
凭借着这些优势，这种动力电池已经在很多新能源汽车制造企业中得到了广泛应用。
比如，在日本丰田汽车公司所生产的普锐斯新能源汽车中，就将这种蓄电池用作了动力电池。
目前，这种蓄电池的发展已经比较成熟，我国也在其原材料加工方面具备了较为成熟的技术。
因此，在新能源汽车的生产中，这种蓄电池已经成为了一个主要的动力来源方向。
新能源汽车动力电池的冷却技术分析：就目前来看，在新能源汽车动力电池的具体应用中，其冷却技术主要包括气体介质冷却技术、液体介质冷却技术、相变介质冷却技术、热电制冷技术以及热管制冷技术。
热电制冷的原理及应用实例1. 热电制冷的原理热电制冷（thermoelectric cooling）是一种通过热电效应实现制冷的技术。
热电效应是指当两种不同材料的接触面存在温度差时，由于电子的迁移，会产生一个电势差。
热电制冷就是利用这种热电效应将热量从一个物体传递到另一个物体，从而实现冷却的过程。
热电制冷的原理可以通过以下几个步骤来解释：1.首先，热电制冷器由两种不同的材料（通常是P型和N型的半导体材料）组成。
这两种材料之间形成了一个所谓的热电偶。
2.当电流通过热电偶时，由于这两种材料之间的温度差异，电子会从高温一侧向低温一侧移动。
这导致了高温一侧电子的过量，产生了一个电势差，即热电效应。
3.然后，根据热电效应的原理，电势差会导致热量从高温一侧传递到低温一侧。
这个过程是通过电子的迁移和传导导热完成的。
4.最后，通过将低温一侧与外部环境接触，热能可以被散发出去，实现了制冷效果。
2. 热电制冷的应用实例热电制冷技术在很多领域都有广泛的应用。
下面介绍一些热电制冷的应用实例：2.1 电子设备冷却现代电子设备通常在工作时会产生大量的热量，为了保持设备的正常运行，需要对其进行冷却。
热电制冷技术可以在电子设备中使用，通过在集成电路上放置热电偶，将热量从电子设备传递到散热片，从而实现冷却效果。
这种方法具有体积小、无噪音、可靠性高等优点。
2.2 空调和制冷设备热电制冷技术可以用于小型的空调和制冷设备。
相比于传统的压缩机制冷技术，热电制冷技术更加简单、节能、无霜冻和无需维护。
因此，它被广泛应用于一些小型房间空调、车载冰箱、微型制冷箱等场景。
2.3 光学设备冷却在一些对温度要求非常高的光学设备中，如红外线探测器和激光器等，需要将设备冷却到极低的温度，以提高设备的性能和寿命。
热电制冷技术能够提供高精度的温度控制，并且可以应用于高温差环境下，因此被广泛用于光学设备的冷却领域。
2.4 汽车座椅冷却现代汽车座椅通常具有加热和通风的功能，为乘坐者提供舒适的体验。
热电制冷工作原理热电制冷技术是一种通过热电材料的特殊性能来实现冷却的技术。
它具有环境友好、高效节能的特点，被广泛应用于冰箱、空调等领域。
本文将介绍热电制冷的工作原理及其应用。
一、热电制冷的基本原理热电制冷是基于热电效应而实现的一种制冷方法。
热电效应是指在一些特定的材料中，当材料两端存在温差时，会产生电压差，从而产生电流。
而根据热电效应的反转性，当在热电材料中加上电压时，会产生温差，实现热传导。
基于这种特性，热电制冷通过在热电材料上施加电压差来调节温度，并实现冷却效果。
二、热电效应的应用热电效应主要应用在热电材料中的半导体材料上，如铋锑(Bi-Sb)合金、硒铋(Sb2Te3)等。
这些材料具有良好的热电性能，可在温差存在时产生较大的热电效应。
热电制冷器件通常由热电材料片和金属电极组成，通过施加电压将热电材料片分为热端和冷端，从而实现冷却效果。
三、热电制冷的工作过程热电制冷的工作过程可以分为四个基本步骤：加热端吸热、冷端排热、外电源供电、制冷效果。
1. 加热端吸热：在热电制冷器件中，加热端位于需要冷却的物体附近，通过与物体接触来吸收热量。
当加热端与物体接触时，热电材料片中的温度会升高，同时产生电压差。
2. 冷端排热：冷端则位于制冷器设备的散热器上，通过与散热器接触来排放热量。
由于冷端的温度较低，热电材料片中的热量会通过散热器散发出去。
3. 外电源供电：为了保持热电制冷器件的工作状态，需要向热电材料施加一个电压，一般为直流电源提供的电压。
电压的正负极性决定了热电制冷器件的制冷方向，即通过控制正负电压来实现制冷和加热。
4. 制冷效果：通过施加电压，热电制冷器件会产生温差，并通过热传导来实现冷却效果。
电压差越大，温差越大，制冷效果越好。
四、热电制冷的应用领域热电制冷技术在许多领域都有着广泛的应用。
其中最常见的是家用电器领域，如冰箱、空调等。
热电制冷技术在这些设备中的应用，可以提高能源利用效率，减少对环境的伤害。
热电制冷器的原理及应用技术热电制冷器是一种利用热电效应实现制冷的设备，它基于热电效应的特性，将电能和热能互相转换，实现制冷效果。
热电制冷器的原理是基于热电效应的两个基本规律：塞贝克效应和庞雪尔效应。
塞贝克效应是指当两个不同金属连接处温差存在时，就会产生电势差。
当电流通过这个连接时，会有热量从冷端吸收，同时释放到热端，从而形成制冷效果。
庞雪尔效应是指当电流通过两个不同材料的交界面时，会产生温差。
利用这个原理，可以实现在电路中产生冷热两端的温差，从而实现制冷效果。
热电制冷器的应用技术主要包括热电材料的选择、电路设计和系统优化等方面。
首先，热电材料的选择对热电制冷器的性能至关重要。
常见的热电材料包括硒化铟、硒化铋、硒化锡等。
这些材料的热电性能直接影响着制冷器的效率和稳定性。
因此，在设计制冷器时，需要根据具体的需求选择合适的热电材料。
电路设计也是热电制冷器应用技术的重要方面。
电路设计的目标是实现最佳的热电转换效率和稳定性。
常见的电路设计包括串联电路和并联电路。
串联电路可以增加电压，提高制冷器的制冷效果，但同时也增加了电流的大小。
并联电路可以增加电流，提高制冷器的制冷效果，但同时也增加了电压的大小。
因此，在设计电路时，需要综合考虑制冷效果和功耗等因素，选择合适的电路方案。
系统的优化也是热电制冷器应用技术的重要内容。
系统的优化包括制冷器的结构设计、散热设计和控制系统设计等方面。
结构设计的目标是实现最佳的热传导和散热效果，以提高制冷器的效率和稳定性。
散热设计的目标是保证制冷器在长时间运行时不会过热，从而影响制冷效果。
控制系统设计的目标是实现对制冷器的精确控制，以满足不同的制冷需求。
热电制冷器的应用领域非常广泛。
首先，热电制冷器可以用于微型制冷设备，如微型冰箱、微型冷藏箱等。
由于热电制冷器具有体积小、结构简单、无噪音和无污染等优点，因此在微型制冷设备中有着广泛的应用前景。
其次，热电制冷器还可以用于航天器、卫星和太空探测器等高温环境下的制冷需求。
