【摘 要】
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新能源汽车的安全性、续航性能、使用寿命等特性由动力电池直接决定,电池性能的优劣成为制约新能源汽车产业蓬勃发展的焦点问题。电池对温度极其敏感,温度变化会对电池的内阻、容量、充放电循环次数等特性产生一些不可逆的影响,严重时还会出现安全隐患。因此,有必要采用热管理系统来维持电池温度范围,研究电池热管理系统具有重要意义。本文基于三元锂离子电池模组,提出了液冷散热方案,对位于模组底部的并行流道液冷板进行结构
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新能源汽车的安全性、续航性能、使用寿命等特性由动力电池直接决定,电池性能的优劣成为制约新能源汽车产业蓬勃发展的焦点问题。电池对温度极其敏感,温度变化会对电池的内阻、容量、充放电循环次数等特性产生一些不可逆的影响,严重时还会出现安全隐患。因此,有必要采用热管理系统来维持电池温度范围,研究电池热管理系统具有重要意义。本文基于三元锂离子电池模组,提出了液冷散热方案,对位于模组底部的并行流道液冷板进行结构设计,并基于数值模拟、单因子和正交实验分析方法,对比研究了不同流道结构的液冷板的散热效果、温度均衡能力以及液冷板能量消耗。主要进行的研究内容如下:(1)基于电池的结构、产热和散热机理建立液冷单元几何模型,对液体冷却的热量传递过程进行了分析,从而提出用于评估液冷板散热性能的平均温度、最大温差和流动阻力这三个评价指标,为下一步分析液冷板的数值仿真做铺垫。(2)采用CFD仿真软件对液冷板进行稳态仿真,基于单因素法深入探究了并行流道液冷板在不同冷却剂流量、不同流道宽度和不同流道深度下的冷却性能的变化规律。结果表明,增大冷却液流量会增强散热性能,在流量大于3.75L/min后系统能耗大幅增加,而中间窄两侧宽的流道宽度设计和减小流道宽度都有利于液冷板散热。(3)通过正交实验分析方法,研究了液冷板的三个设计参数分别在平均温度、最大温差、流动阻力和传热系数评价指标下的灵敏度,得出设计参数的主次关系,结果表明,冷却液流量对液冷板散热性能的影响最大,对能耗影响也最大。(4)基于强化传热理论,提出在液冷板的并行流道上添加扰流结构,研究了不同扰流结构数量、不同扰流结构排布方式和不同扰流结构半径下液冷板的性能。结果表明,与无扰流结构的液冷板相比,均布扰流结构时,最大温度下降9.62℃,温差下降11.53℃,布置扰流结构是提升液冷板散热均温性能的有效方法。(5)在电动汽车常用工况下对液冷单元进行瞬态温度场分析,研究在1C快充工况、WLTC工况以及高温冷却工况下液冷板对电池模组温度变化的影响。结果显示,在液冷作用下电池的温差可以被有效控制,但电池高度方向上的温差在1C快充工况和高温冷却工况下均大于5℃。
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