【摘 要】
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大容量锂电池由于其高输出功率与大能量密度现已广泛应用于电动车辆中。电池热管理系统用于限制汽车正常运行期间电池包的最高温度,以避免电池出现热失控问题;同时降低电池单体内的最大温差,以延长电池的循环寿命。为了改善电动汽车动力电池的工作温度,本文通过数值模拟方法研究了相变储热在动力电池热管理系统中的应用。根据三元锂电池的生热特性理论研究,利用电池设计软件BDS（Battery Design Studio
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大容量锂电池由于其高输出功率与大能量密度现已广泛应用于电动车辆中。电池热管理系统用于限制汽车正常运行期间电池包的最高温度,以避免电池出现热失控问题;同时降低电池单体内的最大温差,以延长电池的循环寿命。为了改善电动汽车动力电池的工作温度,本文通过数值模拟方法研究了相变储热在动力电池热管理系统中的应用。根据三元锂电池的生热特性理论研究,利用电池设计软件BDS（Battery Design Studio）结合电池尺寸、电池材料物性参数,建立了40Ah棱柱形三元锂电池的电-热耦合模型。通过比较不同工况下电池单体表面平均温度和电池端电压的试验和模拟结果,验证了所建立电池单体模型的有效性及准确性。在电池单体模型的基础上设计了基于相变材料的被动式动力电池热管理系统,建立了三维电池/相变材料传热模型。通过研究不同混合比例的膨胀石墨/石蜡复合材料对电池热管理系统性能的影响得出:在相同体积下,膨胀石墨质量分数为5-10wt.%时,膨胀石墨/石蜡复合材料的储热性能最佳。可使电池1C放电-环境温度25℃工况、1C放电-环境温度35℃工况以及2C放电-环境温度25℃工况下,电池模组的最高温度控制在38.4℃、41.3℃、46.1℃以下,电池内的最大温差控制在1.07℃、1.3℃、3.42℃以内。为了强化电池热管理系统中的相变材料散热,设计了一种具有倾斜槽道的液冷流道结构,并模拟分析了不同流道结构的流动换热性能,结果表明:随着液冷板流道中的通道数量增加,其换热强化效果增强,但流动阻力增大;当流道中槽道的开口宽度与间距之和一定时,随着开口宽度增大,流道的换热性能与流场的协同匹配系数均有提高。结合设计得到的液冷流道结构与相变材料电池热管理系统,对相变材料-液冷结构耦合散热系统进行了仿真研究,结果表明:相变材料结合液冷结构能够对电池模组进行有效散热。环境温度35℃、1C倍率放电时,入口温度30℃、入口速度0.02m/s的流体工质条件,可使得放电结束后电池模组内侧电池单体的最大温差为1.1℃,电池模组的最高温度为37.1℃;在2C放电倍率工况下,流体工质合适的入口温度为30℃、入口速度为0.1m/s,可使电池的最大温差控制在3.1℃以内,电池模组的最高温度控制在45.98℃以下（与相变材料被动冷却电池模组相比下降了5.04℃）。
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