锂电池极片红外干燥三维温度场模拟与实验研究

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近年来由于能源危机和环境污染等问题日益严重,各国都在积极发展节能环保的新能源汽车。车用锂离子电池作为其核心部件,目前主要存在续航能力差、循环寿命短和性能不稳定等问题,严重阻碍了新能源汽车产业的快速发展。电池极片的制造生产水平决定了电池的安全和性能,极片干燥是极片生产过程中的关键环节,干燥箱是主要的干燥设备,其内部的结构和温度场对极片的干燥质量和干燥速率影响很大。本文主要研究内容如下:(1)对锂电池极片红外热风联合干燥箱进行了参数化建模,基于CFD技术,采用数值模拟的方法,通过FLUENT软件建立了干燥箱温度场数值模型并进行温度场分析。(2)对比研究热风温度、热源功率和辐射距离等不同工况参数对干燥箱内部温度分布的影响规律,研究极片在不同工况干燥过程中的温度变化规律。结果表明:热风温度对箱内温度分布情况和极片干燥过程的影响不太明显,干燥效率并不会随着热风温度的增加而一直增加,是存在一定范围的;热源功率和辐射距离对干燥箱内部温度的分布和数值影响很大,功率越大、辐射距离越小,箱内平均温度就越高,但温度分布的均匀性也越差,应该在保证干燥质量的前提下适当增加热源功率并减小辐射距离。(3)选择对称度与均匀度作为评价干燥箱内部温度场均匀性的量化指标,探究了风速、风温、热源功率、辐射距离等不同因素对温度场均匀性的影响规律,结果表明:关键截面温度的对称度和均匀度随进风口风速的升高都有所下降;在一定范围内,随着热风温度的增加,干燥箱内温度场的均匀度随之减少,但对称度变化不太明显,一直在93%附近波动;随着热源功率的升高,关键截面温度的对称度和均匀度都快速下降;辐射距离越小,箱内温度场的对称度和均匀度也越低。综合考虑温度场均匀性等因素,选择较优的工作参数为:进风口风速0.1 m/s,热风温度52℃,热源功率190W,辐射距离145mm。本文对红外热风联合干燥箱内部温度场进行研究,分析不同工况参数对温度场均匀性的影响规律,综合比较后选出较优参数,为后续锂电池极片干燥箱的优化设计提供参考。
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