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原文传递锂离子电池微小通道液冷系统性能研究及参数优化

论文题名：	锂离子电池微小通道液冷系统性能研究及参数优化
关键词：	电动汽车;锂离子电池;液体冷却;微小通道冷板;参数优化
摘要：	严重的环境污染以及能源危机问题使得电动汽车的发展日益受到重视，作为电动汽车的能量存储部件及动力源，锂离子电池的性能对于整车性能至关重要。工作过程中释放出的大量热量会引起电池自身温度的升高，导致电池工作效率下降，甚至引发爆燃等事故，温度不均匀也会影响电池荷电状态（State of Charge，SOC）估算的准确性，因此需要将电池温度维持在适当范围内。本文针对电池高倍率放电下发热严重的问题，建立了基于微小通道冷板的液冷电池热管理系统，采用数值仿真方法对系统冷却效果进行了分析并利用响应面优化方法对流道结构进行了优化。主要的研究工作如下：　　（1）总结了国内外有关电池热管理的研究现状，分析了锂离子电池工作原理以及产热、传热机理，确定电池生热模型。利用混合脉冲功率特性（Hybrid Pulse Power Characteristic，HPPC）测试方法测量了电池在不同放电倍率、温度及SOC下的内阻，结合Bernardi生热模型得到电池内热源数学模型，并通过等效计算的方式获取电池热物性参数。建立了单体电池仿真模型，不同放电倍率下电池温度的仿真结果与实验测量结果差值在5%以内，具有较高的吻合度。　　（2）基于微小通道冷板建立电池组液冷系统，对常见形式及优化形式共4种不同流道形式冷板进行建模及仿真计算，并综合对比了不同流道形式下的电池组温度以及冷却液压降。结果显示：相较于常见的串行、并行以及U型流道，采用串并联结合的流道形式具有较好的散热性能以及较低的冷却液压降，分析认为其具有四种结构中最佳的性能表现。　　（3）以串并联结合流道为结构基础，分析了不同冷却液入口流量、温度以及环境温度对冷却效果的影响。结果显示：冷却液流量的增加会带来冷却效果的提升，但在流量超过5g/s后效果提升不明显；低温冷却液可以将电池组维持在较低温度，但会增加电池组最大温差及冷却系统功耗；环境温度对电池组的影响随着放电时间的增加逐渐减小，不同环境温度下电池组最高温度及温差值在放电300s之后逐渐趋于统一。　　（4）分析了串并联流道参数对冷却性能的影响，并对流道参数进行了优化研究。对入口流道底边距、流道宽度及流道高度进行了单变量分析，结果显示：入口流道底边距的增加会降低电池组温度标准差，但是电池组最高温度和最大温差先降低后增加；流道宽度的增加会降低电池组平均温度，但最高温度和最大温差在流道宽度超过一定值后略有升高；流道高度的增加会使电池组最高温度和最大温差上升，不利于电池冷却。在单变量分析的基础上，选取了入口流道底边距、串联区域流道宽度以及并联区域流道宽度三个变量来构建响应面，基于响应面分析了不同变量对响应的交互作用并对参数进行了优化。优化结果显示电池组最高温升降低了8.4%，最大温差降低了15.5%，冷却液进出口压降降低了34.8%。
作者：	宋德才
专业：	动力工程
导师：	董非
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2020
正文语种：	中文