基于微通道液冷板的动力电池散热结构的设计及优化

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21世纪,在环境污染和能源紧缺双重压力下,世界各国政府和各大汽车厂商加大了对电动汽车的研发力度。而动力电池作为电动汽车的3大组成部件(电池、电机、电控)之一,也备受到各国政府和主要汽车制造商的广泛关注。锂离子电池目前被认为是电动汽车合适的动力源,被学者们广泛研究。人们在追求高密度的同时也带来了高热量的问题,而高热量会引起温度的急剧上升,对锂电池的性能以及电动汽车的安全性带来很大的挑战。本文主要基于微通道液冷板对动力电池的散热结构进行设计和优化。主要的研究内容如下:(1)准备实验器材,搭建单体电池的实验台架。在3种环境温度下,研究单体电池在不同充放电倍率下的产生热量的情况。通过不同实验组得到单体电池表面温度变化的详细数据,并结合之前文献资料中电池的产热计算的相关公式,从而计算得到单体电池放电时的具体的产热值。(2)建立单体电池的热模型,网格质量达标后,再对其进行数组热学仿真。最后将模拟结果与实验结果比较,从而验证单体电池热仿真的可靠性,同时保证了后文研究内容的准确性。(3)对液冷实验中的微通道冷板进行加工、组装,再测量其精度和密封性。然后搭建整套液冷实验的台架,再验证其可靠性,最后进行3组液冷实验并整理其具体数据。(4)基于传统的微通道结构液冷板,提出了一种新型的微通道结构液冷板。同时建立三维流固耦合模型,结合CFD数值模拟和实验研究,实验数据和模拟结果的误差不超过5%,从而验证了仿真的可靠性。再分析了通道数和通道宽度、出口数和出口宽度以及翅片的行数对液冷板温度特性和泵的功率损失的影响。接着通过正交实验的方法,综合5个变量,初步选出较优结构的微通道冷板。最后结合多目标优化遗传算法,进一步优化微通道液冷板的结构,从而得到散热性能较好的微通道液冷板结构。同时也为下文中电池组散热中微通道冷板的选择打下了基础。(5)结合上文优化后的微通道液冷板结构,在4种放电倍率下,分析冷却液的温度、微通道冷板的布置方式对电池组温度场的影响。
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