【摘 要】
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为解决能源短缺和环境污染问题,汽车电气化已然成为未来的发展趋势。电池作为电动汽车的重要组成部分,其性能直接决定整车的动力性、经济性与安全性。电池温度影响其本身工作寿命、使用性能与热安全性,因此,通过设计合理的冷却系统,使电池在合适的温度区间内工作尤为重要。本文针对某车用动力电池冷却问题,基于相变传热理论设计了微槽型平板热管,并应用数值方法对热管热特性进行仿真分析。在此基础上,针对三并四串电池模组设
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为解决能源短缺和环境污染问题,汽车电气化已然成为未来的发展趋势。电池作为电动汽车的重要组成部分,其性能直接决定整车的动力性、经济性与安全性。电池温度影响其本身工作寿命、使用性能与热安全性,因此,通过设计合理的冷却系统,使电池在合适的温度区间内工作尤为重要。本文针对某车用动力电池冷却问题,基于相变传热理论设计了微槽型平板热管,并应用数值方法对热管热特性进行仿真分析。在此基础上,针对三并四串电池模组设计了基于微槽型平板热管的热管理系统,并对热管散热系统进行了优化设计,为整车热管理系统设计奠定基础。本文主要工作及结论如下:(1)根据电池产热特性,建立了基于实验数据修正的电池产热模型,并用于单体电池热特性仿真。同时,基于单体电池试验台,测试了电池在不同环境温度和不同放电倍率下的温升和内阻。最后,将仿真结果与实验测试结果作对比,验证了单体电池产热模型的正确性。(2)根据热管工作原理及其传热机理,设计了微槽型平板热管,并基于Fluent软件,编写了蒸发冷凝UDF,对热管散热特性进行了数值仿真,通过与实验数据对比,验证了仿真结果的正确性。在此基础上,对热管在不同热源功率下的等效传热系数进行了数值仿真,所得结果为电池模组热管理系统设计及热特性仿真研究奠定基础。(3)在电池单体产热模型基础上,应用数值仿真方法研究了三并四串电池模组的热特性。然后,对基于微槽型平板热管的电池模组冷却系统进行了初步设计,研究了冷凝段冷却参数和强化传热结构对系统散热性能的影响,获得了各因素对系统散热性能的影响规律。(4)为对电池模组冷却系统散热性能进行优化设计,采用正交试验结合数值仿真方法,获得用于电池模组热管理系统冷凝段参数优化所需的样本库。然后,通过回归方程拟合,获得了电池模组最高温度、温度不一致性与冷凝段入口风速、入口温度、翅片间距之间的响应面函数。在此基础上,通过愿望函数优化,获得了冷凝段入口风速、入口温度与翅片间距的最优值。最后,以冷凝段最优冷却参数和强化传热结构为基础,对不同放电倍率情况下所需冷凝段入口风速进行了匹配计算。
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