统一电池试验测量

 

 

通过水下航行器电池舱段放电试验重点检测铝 基注塑电池架对电池舱段内部瞬态温度变化和温度 分布情况的影响，以选择合适的电池架结构材料，从

而降低电池舱段内部最高温度,保证电池舱段连续 工作时的热安全。

 

试验过程中先将一系列锂/亚硫酰氯电池按io 串10并方式组装成单个电池组模块,再将若干个电 池组模块组装成电池舱段整体，以23 A(10x2.3 A)恒流连续放电5 h,并利用BMS100250C1型锂电 池监管系统全过程监控并记录电池段内部指定电池 的温度变化情况。被测电池分布在图4中给出。

图4电池组模块内部被测电池位置

试验过程中用到的器材主要有电池舱段壳体一 个、电池组模块若干组、锂电池监管系统一套、数字 万用表一个、电流表(0~30 A)—个、大功率电阻丝 (2 kW)—根、电烙铁一个以及若干段导线。

 

试验过程中电池舱段采用铝基导热塑料电池 架,试验现场初始温度为10弋，单个电池组模块放 电电流为23 A(即单体电池放电电流为2.3 A),放 电时间为5 h。试验结果如图5所示。

时间/h

图5电池舱段内部最高温度的仿真结果和试验结果对比

根据图5可知，当试验现场初始温度为10 电池组模块放电电流为23 A,放电时间为5 h时,电

 

 

池舱段内部通过试验测1：的最高温度为64 T ,通过 仿真计算出的最高温度为67 T。仔细比较试验测 量结果和数值计算结果可知，同一时间内的试验测 量值总是比数值计算值低3弋左右，主要原因是试 验过程中热电偶紧贴在被测电池侧面,测量的是电 池表面温度,而数值计算过程中,最高温度为计算区 域内体最高温度，即电池中心温度。电池放电过程 中产生的热量沿径向向外传递,导致电池中心温度 最高,表面温度小于中心温度,且温度呈梯度分布。 所以仿真结果总是高于试验结果。

 

3仿真计算

 

为了进一步探究金属基板注塑电池架对电池舱 段内部瞬态温度变化情况和温度分布云图的影响, 本文在上述试验测量的基础上，利用FLUENT软 件["]仿真分析了采用不同类型的电池架辅助散热 时电池舱段内部瞬态温度变化情况和温度分布 云图。

 

3.1计算网格

 

在GAMBIT( FLUENT软件专用前处理模块）环 境下，建立电池舱段的几何模型，并对部分区域进行 适当简化，然后利用四面体非结构化网格技术和混 合网格技术对上述几何模型划分三维非结构化网 格，并采用边界层网格技术对界面网格进行加密,最 后利用网格局部加密技术对网格进行细化,结果如 图6所示

 

模块壳体紧密贴合，电池组模块壳体和电池舱段壳 体之间通过导轨紧密连接，所以采用铝基注塑电池 架能够很好地将电池放电时产生的热堉传导至电池 组模块壳体,并&通过导轨进一步传导至电池舱段 壳体和外界环境。另外，由于导热塑料的导热系数 远高于ABS塑料,所以相比铝基ABS塑料电池架， 铝基导热塑料电池架能够更好地降低电池舱段内部 最高温度，改善散热效果,并且很好地满足该型水下 航行器电池舱段在温度控制方面的工程要求（< 70 尤）。

 

4结论

 

结合传热学和工程热力学的相关知识,通过仔

细对比试验测最结果和数值计算结果,进一步深化 认识了电池舱段的传热机理和铝基注塑电池架对电 池舱段散热效果的影响,并得出如下结论：

 

1)电池架与电池底部和电池组模块壳体紧密 贴合,在热最传递过程中起桥梁作用,通过提高电池 架导热系数改善电池舱段内部散热效果是可行的；

 

2)和塑料电池架相比，金属基板外敷塑料制作 的电池架能够很好地降低电池舱段内部最高温度； 和铝苺注塑电池架相比，铜基注塑电池架在降低温 度方面的差别不是很大;和铝基ABS塑料电池架相 比，铝基导热塑料电池架能够更好地降低电池舱段 内部最高温度,满足温度控制要求,且还有一定的温 度裕量。