水下航行器电池舱段热过程研究

智能、无人水下航行器在海洋调查、水下监听、反水雷战、反潜战、载荷投送、通信/导航和时敏打击等方面发挥着重要作用，这一装备主要依赖安静可靠、经济高效及高能高功率的动力电源。大容量、高功率的锂/亚硫酰氯电池组可以为水下航行器安全可靠地执行水下/水面作业提供重要能源保障，但是大规模锂/亚硫酰氯电池组长时间大电流放电时容易发生热失控现象，严重制约了锂/亚硫酰氯电池在电动力水下航行器领域的广泛应用。因此，本文采用数值模拟和试验测量方法重点研究了锂/亚硫酰氯电池放电电流和强化传热解决方案对水下航行器电池舱段内部温度和速度特性的影响。主要内容包括以下几个方面。 （1）采用数值模拟和试验测量方法详细研究了放电电流和空气对流换热强度对ER48660型锂/亚硫酰氯电池温度特性的影响，明确单体电池放电电流和电池温度特性之间的关系。 （2）采用数值模拟和试验测量方法研究了ABS/PPS电池架强化传热解决方案和放电电流对电池舱段内部温度和速度特性的影响，重点探索影响电池舱段散热效率的薄弱环节。 （3）采用数值模拟和试验测量方法研究了铝基ABS/PPS电池架、ABS/PPS/铝基/铜基网状肋片和导轨强化传热解决方案和电池组放电电流对电池舱段内部温度和速度特性的影响，重点强化了轴向、电池组内部单体电池间以及航行器壳体和电池组壳体之间环形空气间隙等薄弱环节的传热强度，从而降低电池舱段温度，减小单体电池间温差。 （4）采用数值模拟和试验测量方法研究了热管强化传热解决方案和电池组放电电流对电池舱段内部温度和速度特性的影响，平衡电池组内部单体电池间温差，提高单体电池间温度分布均匀性，从而保证单体电池安全可靠地工作。 （5）采用数值模拟方法研究了石蜡相变强化传热解决方案和电池组放电电流对电池舱段内部温度和速度特性的影响，重点探索提高电池组散热效率，从而降低电池舱段温度，减小单体电池间温差。 （6）鉴于圆形电池组空气间隙体积分数偏高，导致电池组功率密度和散热效率偏低，设计了一种单体电池紧密排列的六边形电池组，并采用数值模拟方法研究了ABS/PPS电池架强化传热解决方案和六边形电池组放电电流对电池舱段内部温度和速度特性的影响，重点探索降低电池组内部空气间隙体积分数，从而提高电池舱段散热效率和输出功率。 （7）采用数值模拟方法研究了石蜡相变强化传热解决方案和六边形电池组放电电流对电池舱段内部温度和速度特性的影响，重点探索提高六边形电池组热扩散率，从而降低电池舱段温度，减小单体电池间温差。 研究结果表明，石蜡相变强化传热解决方案可以明显提高电池组热扩散率，显著降低电池舱段温度，减小单体电池间温差；和圆形电池组相比，六边形电池组在相同温度下可以提供更高功率输出，在等量功率输出条件下六边形电池组内部温度更低。