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基于制冷剂直冷方式的动力电池热管理研究
| 论文题名： | 基于制冷剂直冷方式的动力电池热管理研究 |
| 关键词： | 电动汽车;动力电池;热管理;制冷剂;直接冷却方式 |
| 摘要： | 全球环境的持续恶化和不可再生化石燃料的逐年消耗使节能和环保越来越受到各国人民的重视。电动汽车使用电能驱动，无尾气排放、无噪声，被认为是取代传统化石燃料驱动汽车的未来趋势。动力电池作为动汽车的核心部件，在温度方面的性能需要改进，设计合理的热管理系统对汽车的安全性和续航里程提升有关键作用。 本文通过以缩短大巴车的充电时间为研究切入点，对动力电池热管理系统进行设计研究。将当前的几种热管理冷却方式进行对比，采用以制冷剂为冷却介质的直接冷却方式对锂离子电池温度进行控制，使用冷板冷却，制冷剂在冷板内的管道流动。通过对锂离子电池单体结构和热性能进行分析，对比各类锂离子电池，选定了性能良好的方形磷酸铁锂电池，利用Bernadi生热速率模型计算得到电池的产热量。根据电动大巴车和电池的参数计算并设计整车的电池排列，对比常用车用制冷剂选择了具有GWP小等环保优势R1234yf。使用FLUENT软件对大巴车电池和制冷剂及冷板进行数值模拟。单体电池分别在充电倍率1C、3C、5C情况下进行模拟，根据单体电池的模拟结果发现1C充电时电池热性能良好，确定下文对电池、制冷剂和冷板的数值模拟针对3C、5C的情况进行进一步研究分析。对冷板进行优化设计，对比了三种不同截面大小的冷板管道和四种不同管程的冷板，根据电池的最高温度、最大温差和压降三个评判指标选择对系统CPI较大的30mm×4mm管道面积，发现管道流程的数量和最高温度、温度差成正相关，和压降成负相关，综合各因素考虑选择了满足压降要求、控温性能较好的四流程冷板。对优化结构后的电池包散热模型研究不同工况参数对电池温度的影响，模拟在3C和5C下充电倍率下电池初始温度、制冷剂蒸发温度、制冷剂流量对温度的影响。 于是采用四流程管道冷板的模拟结果表明，电池初始温度对反应终止时的温度影响较小，制冷剂蒸发温度和电池最高温度正相关并具有线性关系，和温差为负相关；制冷剂流量与最高温度和温差都为正相关。最后根据温度变化情况，选择3C和5C时流量为0.15kg/s、0.22kg/s。 |
| 作者： | 杨子睿 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 何国庚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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