發(fā)布時(shí)間：2021-03-23 13:34

　　本文研究了基于熱電制冷（TEC）的電動(dòng)汽車電池模組散熱性能。圓柱電池模組按3×5陣列排布,兩側(cè)對(duì)稱布置熱電制冷系統(tǒng),采用理論分析建立了電池模組的一維熱阻網(wǎng)絡(luò),以評(píng)估熱性能。通過(guò)改變TEC電流、電池單體溫度、冷熱端熱阻、TEC布置方式來(lái)研究TEC的最大制冷功率Q_tot,制冷效能COP （coefficient of performance）和最佳工作電流。結(jié)果表明TEC的冷端溫度隨著TEC電流的增大呈先減小后增大趨勢(shì),而熱端溫度則隨著TEC輸入電流的增大而逐漸增大。制冷功率隨TEC電流增大呈先增大后減小趨勢(shì),而TEC的COP值隨著電流的增大而逐漸減小,電池溫度在30～50℃下制冷效率在0.45～0.60之間。最大制冷功率對(duì)應(yīng)的最佳工作電流在5.5～6.25 A之間。冷、熱端熱阻影響TEC的制冷功率和最佳制冷電流。其中,最大制冷功率對(duì)應(yīng)的最佳TEC電流受熱端熱阻的影響較大,受冷端熱阻的影響較小。 

【文章來(lái)源】：儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2020,9(06)CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

熱電片結(jié)構(gòu)Fig.1Schematicdiagramofthermoelectricsheet

儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)2020年第9卷組成，如圖1所示，熱電片由127對(duì)熱電臂對(duì)串聯(lián)而成，其中N型半導(dǎo)體電子富余，表現(xiàn)為負(fù)溫差電勢(shì)，P型半導(dǎo)體電子不足，表現(xiàn)為正溫差電勢(shì)，當(dāng)電流方向從N流向P時(shí)，電子反方向穿過(guò)結(jié)點(diǎn)從P流向N，其能量增加，增加的能量等于在結(jié)點(diǎn)處吸收的熱量，從而導(dǎo)致上端面結(jié)點(diǎn)處的溫度較低形成冷端，相反下端面結(jié)點(diǎn)處放熱形成高溫?zé)岫�。若干熱電臂�?duì)串聯(lián)就形成熱電片達(dá)到制冷和制熱的目的。TEC的具體參數(shù)見(jiàn)表2。1.2模組系統(tǒng)各部分熱阻分析當(dāng)TEC通入電流時(shí)，TEC冷端產(chǎn)生冷量將電池模組產(chǎn)生的熱量搬遷至TEC熱端，而TEC熱端的熱量被液冷散熱器（130mm×70mm×30mm）冷卻液帶至外部恒溫水浴槽（Jeio，RW3-1025P）經(jīng)換熱器散出。熱量在不同器件之間的傳遞過(guò)程中，均會(huì)因熱阻作用產(chǎn)生溫差，在進(jìn)行理論研究時(shí)，需要將各部分熱阻因素考慮進(jìn)去�；跓犭娭评涞碾姵啬＝M如圖2所示。模組內(nèi)部填充復(fù)合相變材料以提高導(dǎo)熱性能，模組兩側(cè)對(duì)稱布置TEC冷卻裝置，并通過(guò)尼龍?jiān)鷰EC緊貼在電池模組的長(zhǎng)側(cè)端面。為防止TEC熱端溫度過(guò)高燒壞元器件，采用液冷散熱器對(duì)TEC熱端進(jìn)行散熱。圖中紅色標(biāo)記為熱電偶（Omega，K型，絲徑0.2m，偏差±0.2℃）測(cè)溫點(diǎn)。因?yàn)槟＝M是對(duì)稱的，可取圖1熱電片結(jié)構(gòu)Fig.1Schematicdiagramofthermoelectricsheet圖2TEC雙面對(duì)稱布置一維熱阻網(wǎng)絡(luò)Fig.2SchematicdiagramofonedimensionalthermalresistancenetworksymmetricallyarrangedonbothsidesofTEC表2熱電片TEC1-12710的參數(shù)在穩(wěn)態(tài)條件下的理論分析Table2TheoreticalanalysisofthermoelectricchipTEC1-12710parametersunderstea

ha)+R]I2+Sm(Ta-Tb)I(15)2熱電制冷性能理論分析本節(jié)根據(jù)上節(jié)給出的數(shù)學(xué)模型，對(duì)TEC的冷卻性能進(jìn)行穩(wěn)態(tài)理論分析，利用Matlab求解不同TEC電流、不同電池溫度和不同冷、熱端熱阻下的TEC理論的冷熱端溫度、制冷量以及制冷效能。在穩(wěn)態(tài)分析中，冷端和熱端的熱阻見(jiàn)表2。環(huán)境溫度設(shè)為17℃與試驗(yàn)的初始環(huán)境溫度保持一致。通過(guò)改變TEC電流、電池的最高溫度、TEC熱端和冷端熱阻等參數(shù)來(lái)研究它們對(duì)TEC冷卻性能和最佳電流的影響。2.1熱電制冷片冷熱端表面溫度如圖3所示為根據(jù)式(12)、式(13)計(jì)算出的不同TEC輸入電流的冷熱端溫度。從圖中可以看出隨著TEC電流的增大，冷端溫度呈先減小后增大趨勢(shì)，而熱端溫度則逐漸增大。同一TEC電流下，冷熱端溫度隨電池溫度的升高而升高。電池溫度對(duì)TEC的冷端溫度影響較大，電池溫度越高對(duì)應(yīng)的TEC熱端溫度越高，冷端溫度越低，且對(duì)熱端溫度影響較校當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到最低制冷溫度對(duì)應(yīng)的電流值就是在該電池溫度下的最佳制冷電流，由曲線可得最佳制冷電流在5.50～6.25A。2.2熱電制冷極限工況分析熱電制冷極限工況包含最大制冷量工況和最大制冷效率工況。一般高制冷量時(shí)的工況對(duì)應(yīng)低制冷效率，高制冷效率時(shí)的工況對(duì)應(yīng)低制冷量。最大制冷量工況方式適用于散熱器件要求持續(xù)低溫或者間歇式恒溫工作條件；最大制冷效率工況適用于要求運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、耗電少的場(chǎng)合。因此，兩種極限工況各有優(yōu)劣，對(duì)于熱電制冷片運(yùn)行工況的選擇，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際電池模組散熱需求，選擇最適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行工況與電池模組散熱需求相匹配。如圖4所示是基于式(14)、式(15)的不同電池溫度下TEC的制冷功率和COP。這里的制冷?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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