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基于相变强化传热与液冷复合冷却的电池组热性能研究
| 论文题名： | 基于相变强化传热与液冷复合冷却的电池组热性能研究 |
| 关键词： | 新能源汽车;锂离子电池组;复合冷却;相变材料;传热冷却;热性能 |
| 摘要： | 能源短缺、环境污染问题在当今社会越发严重，如何解决这些问题已经成为全人类共同的难题。人类迫切的需要清洁可持续的能源来建立起清洁高效的能源体系。交通运输工具在使用过程中会消耗大量能源，而汽车作为交通工具重要的一环在实际运输过程中所占比重很大，因此以一种清洁能源替代汽油成为汽车动力源是目前节能减排研究的热点所在。新能源汽车在这一背景下应运而生，锂离子电池作为新能源汽车关键部件对新能源汽车性能影响巨大。锂离子电池是依靠其内部发生的电化学反应来工作的,而温度对这一电化学反应影响很大。当锂离子电池进行快充或以高倍率进行放电时，电池产热量骤升，电池产生热量会在电池组内积聚，会使电池组寿命大大折扣甚至由此引发电池组热失控等安全事故，因此为电池组设计一个高效的电池热管理系统是必不可少的。 相变材料与液体冷却耦合的混合冷却不管是在冷却效果还是泵送功率都比其他冷却方式具有优势，是一种应用前景非常广阔的电池热管理系统。本文针对方形电池电池包在高环境温度下以高倍率进行放电时，电池组温度高温度均匀性差的问题，设计了一种新型液冷板与相变材料耦合的混合冷却电池热管理系统。文章以初始液冷板进行了实验，验证了CFD方法的可靠性。首先对液冷板通道参数进行了单因素灵敏度分析选出对液冷板平均温度和压降影响较大的几个因素作为自变量，然后以液冷板平均温度和压降为目标对液冷通道结构进行了多目标优化。在多目标最优解的基础上引入Y型翅片，利用正交试验方法，对Y型翅片结构参数进行了优化，得出了最优液冷板模型，研究发现Y型翅片的引入可以提升液冷板的综合性能。 在最优液冷板的基础上引入了相变材料形成了混合冷却系统，并对混合冷却液冷板进口方式、局部强化传热组合、整体强化传热、冷却液流量等因素进行了优化，研究发现本文所设计的局部强化传热可以有效降低电池组最高温度和温差，但是在高放电倍率下局部强化传热冷却效果略低于整体强化传热。采用强化传热对电池组进行冷却时，相变材料导热率和潜热综合影响着电池组最高温度和温差，特别是面对电池组以高倍率充放电时单纯的增大相变材料导热率可能会使系统冷却性能降低，因此要使系统冷却性能最优需要对相变材料导热率和潜热进行综合考虑。 |
| 作者： | 翟磊 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 张甫仁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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