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蜂窝状CPCM/液冷式锂电池热管理系统散热分析
| 论文题名： | 蜂窝状CPCM/液冷式锂电池热管理系统散热分析 |
| 关键词： | 电动汽车;锂电池;热管理系统;蜂窝状复合相变材料;液体冷却;散热分析 |
| 摘要： | 新能源电动汽车的迅猛发展促进了车载动力电池技术的快速更迭。目前锂电池是应用最为广泛的电动汽车动力电池，但是锂电池在工作过程中存在热失控的风险一直是其最大的安全隐患，同时这也直接推动电池热管理技术的发展。因此本文提出了一种蜂窝状复合相变材料（CPCM，Composite Phase Change Material）/水冷耦合式电池散热方案，并完成其性能的分析，主要包括： （1）剖析了锂电池工作原理和产热原理，利用物理实验结果计算出电池在不同荷电状态和工作电流下的等效内阻。通过分析电池的传热特征并根据Karimi提出的电池生热速率模型，获得了单体锂电池理论生热模型，并构建了单体电池生热数值仿真模型。 （2）在自然对流条件下将实测结果与模拟结果对比，验证了单体电池生热数值仿真模型的可靠性。在该生热数值仿真模型的基础上，在Ansys Fluent平台中数值模拟了不同环境温度和不同工作电流下单体电池温度场。结果显示，当单体电池处于较高环境温度、较大热负荷工况时，自然对流的散热条件完全不能满足单体电池散热要求。 （3）为了满足单体电池在恶劣工况下的散热要求，提出了一种CPCM/水冷复合式单体电池散热系统。通过仿真实验得出CPCM/水冷复合式冷却方式的散热性能明显优于PCM被动式冷却方式，该系统对提升系统空间利用率有明显优势。为了进一步提高该系统的综合散热性能，进一步对热管理系统中的水流流速、CPCM的最小厚度及EG百分含量、流道数量进行了仿真分析。结果表明，热管理系统中CPCM的最小厚度为2mm，EG百分含量为12%、流道数为6，流速为0.01m/s时，系统不仅能满足单体电池控温需求，而且整体性能更佳。 （4）基于单体电池优化后的散热结构，将提出的蜂窝状CPCM/液冷复合式热管理系统应用到电池模组。通过对该模组热仿真分析，得出结论：系统中分散型流道数为8时，可以满足电池散热需求，但此时功耗较大；在流道进出口长宽尺寸为3mm×1mm、流道进出口排布方式为C的散热方式下，当流速为0.05m/s时，流道数为12的散热系统就能满足电池模组散热要求，当流速为0.03m/s时，流道数为20的系统可以满足电池模组4C-1C充放电循环工况的散热要求。 |
| 作者： | 张显 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 安治国 |
| 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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