一种基于铝空气电池热管理建模的温度优化与控制方法技术

铝空气电池在放电过程中会产生大量的热，如果散热系统不能有效的排出热量将会对电池产生许多不利影响，因此，需要建立铝空气电池的热管理系统并对其进行有效的设计和控制，合适的热管理系统对保证铝空气电池的性能至关重要；本专利提出了一种基于铝空气电池热管理建模的温度优化与控制方法，分别建立铝空气电池热管理模型和总内阻模型；根据总内阻模型，确定铝空气电池最佳工作温度；选取冷却水流速为控制变量，根据实际温度与期望温度的差值以及铝空气电池热管理模型，确定控制变量调节的大小，作用于相关控制装置，对温度进行调节，使铝空气电池输出性能提高。铝空气电池输出性能提高。铝空气电池输出性能提高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于铝空气电池热管理建模的温度优化与控制方法

:
[0001]本专利技术属于金属空气电池领域，涉及一种基于铝空气电池热管理建模的温度优化与控制的方法。

技术介绍
:
[0002]电堆工作温度作为铝空气系统的重要参数之一，对于铝空气电池的输出性能和寿命都会产生极其重要的影响。铝空气电池在放电过程中会产生大量的热，如果散热系统不能有效的排出热量将会对电池产生如下不利影响：(1)加快电解液的蒸发损耗；(2)自腐蚀以及析氢增加；(3)温度过高导致单体材料变形，进而导致漏液；(4)电解液温度的不断升高会导致一定的安全隐患。因此，需要建立铝空气电池的热管理系统并对其进行有效的设计和控制，合适的热管理系统对保证铝空气电池的性能至关重要。
[0003]本专利所述基于铝空气电池热管理建模的温度优化与控制方法，特征在于通过建立铝空气电池的热管理模型和总内阻模型，以冷却水流速为控制变量；采用交流阻抗测试仪，向铝空气电池堆发射高频信号，可以得到当前电流和输出电压下的总内阻R
stack
，根据总内阻模型计算出当前电流下的工作温度；当前电流下的工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于铝空气电池热管理建模的温度优化与控制方法，其特征在于：基于能量守恒定律和内部机理分析分别建立铝空气电池热管理模型和总内阻模型；根据总内阻模型，确定铝空气电池最佳工作温度；选取冷却水流速为控制变量，根据实际温度与期望温度的差值以及铝空气电池热管理模型，确定控制变量调节的大小，作用于相关控制装置，对温度进行调节，使铝空气电池输出性能提高，具体步骤如下：步骤一：根据铝空气电池在放电过程中会伴随着热量的生成和散失，结合铝空气电池产热和散热状况，获得铝空气电池热管理模型，具体建模过程如下：
①
根据电化学反应原理和能量守恒定律，单位时间内电堆产生热量Q
gen
为：其中，E
nernst
为能斯特开路电压，V；N为电池单体数量；U
stack
为电池的输出电压，V；I为电池的输出电流，A；T
st
为电堆实际工作温度，K；dE/dT
st
为电池开路电压的温度影响系数；
②
根据热平衡方程，单位时间内冷却水流经电堆带出的热量Q
cl
为：其中，W
cl
为冷却水流速，kg/s；C
H2O
为水的比热容，kJ/(kg
·
K)；k0为热转换系数；为空气和冷却水进入阴极入口的温度，K；
③
单位时间内，铝空气电池通过热辐射向外界散发的热量Q
atm
可用如下公式表示：σ
b
为斯蒂芬
‑
波尔兹曼常数，一般取值5.67*10
‑
11
kW
·
m
‑2·
K
‑4；δ为电堆黑度，一般取值0.8；A
rad
为电堆辐射面积，m2；T0为标准大气温度，K；
④
根据热平衡方程单位时间内铝空气电池通过尾气排放带走的热量Q
gas
可用如下公式表示：其中，C
air
，C
O2
，C
N2
分别为空气，氧气，氮气的比热容，kJ/(kg
·
K)；为阴极出口氧气的流量，kg/s；指阴极入口空气流量，kg/s；为阴极出口氮气的流量，kg/s；
⑤
根据氧气和氮气在空气中的含量，可表示为：其中，M
i
为气体i的摩尔质量；为单位时间内进入电堆...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫东，向志平，马玉河，崔健，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：