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原文传递被动式电池热管理系统结构优化与主动均衡策略研究

论文题名：	被动式电池热管理系统结构优化与主动均衡策略研究
关键词：	纯电动汽车;被动式电池热管理系统;结构优化;主动均衡
摘要：	随着全球碳排放的高峰来临，国际能源结构也随之发生改变。纯电动汽车由于在使用过程中可以达到零排放的特点，受到各个国家政策的扶持和消费者的青睐。纯电动汽车电池可使用容量和循环寿命决定了行驶里程和使用成本，性能优良的热管理系统是提高电池使用寿命和电动汽车行驶里程的关键技术。针对电池的热安全性问题，本文围绕被动式电池热管理系统内部传热强化进行研究，采用数值模拟的方法揭示了电池热管理系统内部传热强化规律。主要结论如下：　　(1)针对常规被动式电池热管理系统内部温度分布不均的问题，研究了不同瑞利数对相变材料和电池单体传热特性的影响。结果表明，随着瑞利数从2.9×104逐渐增加到1.1×106时，相变材料的开始熔化时间提前，总熔化时间缩短，上下部电池单体的平均温度差增大。相比于瑞利数为2.9×104的对照组，瑞利数为1.1×106时相变材料的开始熔化时间提前了17.8%，同时相变材料的总熔化时间减少了22.3%，但上下部电池单体的平均温度差增大了1.5倍。当瑞利数从1.1×106逐渐增加到4.9×108时，相比于瑞利数为1.1×106时相变材料的开始熔化时间延后了30.4%，但是总熔化时间缩短了21.2%，电池温度差进一步增大，最大达到了2.77K。　　(2)针对常规被动式电池热管理系统的内部温度分布不均的问题进行结构优化，设计了10种电池排布类型，研究了不同电池排布方式对电池热管理系统内部传热特性的影响。结果表明，随着瑞利数从103增大到105时，对于均匀电池排布类型，增大电池与左侧边界的距离能够缩短相变材料的完全熔化时间，但由于热源靠近右侧边界并产生了热量积聚的问题，熔化速率先增大后减小。当瑞利数为105时，随着电池单体与左侧隔板的距离增加，均匀排布类型10的完全熔化时间为t*=1.02，相比于类型6熔化时间缩短了67.5%。而对于随机电池排布类型，电池靠近下部能够更好的加热底部相变材料，在瑞利数为105时，热源靠近底部的电池排布类型4的完全熔化时间比靠近上部的排布类型5缩短73.1%。将电池单体设置在靠近电池下部和电池包边界位置能够提高传热效率，提高传热效率并提高电池包内部温度均匀性。　　(3)在常规被动式电池热管理系统的基础上，设计了基于温度均衡策略的电池热管理系统，研究了采用温度均衡策略前后不同瑞利数和不同温度均衡因子n对电池包内部温度传热特性的影响规律。结果表明，当瑞利数为2.9×104、1.2×105、1.1×106和4.9×108时，采用温度均衡策略后电池组温度标准差分别降低了-1.9%、1.2%、32.3%和14.4%。同时相变材料完全熔化时间分别缩短了0.97%、1.96%、4.76%和1.58%。同时考虑了均衡策略中的均衡因子n对传热特性的影响。结果表明，增大温度均衡因子可以得到更均匀的温度分布，并且加快相变材料熔化速度。当温度均衡因子分别为1、4和6时，相变材料完全熔化时间分别减少了17.9%、33.8%和34.4%，采用温度均衡策略提高了电池热管理系统的传热性能。该论文有图37幅，表4个，参考文献102篇。
作者：	庞晓文
专业：	工程热物理
导师：	耿凡
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国矿业大学(江苏)
学位年度：	2021