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液冷式电池热管理系统结构设计与性能优化
| 论文题名： | 液冷式电池热管理系统结构设计与性能优化 |
| 关键词： | 纯电动汽车;锂离子电池;热管理系统;结构设计;散热性能 |
| 摘要： | 与传统燃油汽车相比，纯电动汽车凭借其环保无污染等优势逐渐被许多国家大力支持，中国“十四五”发展规划也提出要加速汽车产业的电动化。动力电池是电动汽车的核心部件之一，其中，锂离子电池凭借其高能量密度，轻质量，长寿命等优势被广泛用于电动汽车上。但是锂电池在工作过程中会大量产热，若这些热量没有得到有效的管理，将会影响电池的使用寿命，甚至可能引起电动汽车的热失控从而威胁到驾驶员的生命安全。因此，设计高效的动力电池热管理系统已经受到各大汽车厂商的高度重视。 本文针对锂电池在高放电倍率下大量产热的问题，设计了一种新型的液冷板散热结构，并通过CFD方法对冷板结构进行了优化，然后再将单冷板和锂电池进行集成得到电池组，并讨论了放电倍率，冷却液质量流量和温度对电池组最高温度和温度均匀性的影响。 首先，针对传统液冷板设计的不足，提出了一种新型的冷板结构，并通过搭建液冷板散热实验平台对数值仿真的结果进行了可靠性验证。然后对传统冷板结构和新型冷板结构在不同质量流量下的平均温度，最高温度和压降进行了对比，确定了新型冷板结构在散热性能方面的优势。 然后，以新型冷板结构为初始模型，并通过单因素分析和组合优化方法讨论了冷板内导流孔和导流翅片的个数对冷板压降和换热性能的影响，得出当导流孔和导流翅片的个数分别为4和11时，冷板的综合性能最佳。再以液冷板平均温度和压降为优化目标，对导流孔1到隔板A起始处的距离X1，导流孔2到隔板B起始处的距离X2，导流孔3与导流孔2之间的距离X3和导流孔4到隔板C起始处的距离X4进行多目标优化，结果显示优化后的模型在综合性能上有了进一步的提升。再对冷板内不同区域的导流翅片倾斜角度α1，α2，α3和α4以及导流翅片的开口尺寸W进行正交设计，并通过极差分析得到每个因素的最佳水平组合形式。最后，再讨论了导流翅片之间的距离以及翅片的旋转角度对冷板散热性能的影响，结果显示，当翅片之间距离为4mm时液冷板的综合性能最佳。与初始冷板结构相比，优化后的冷板平均温度和压降分别降低了0.968℃(2.59%)和18.533pa(72.71%)。 最后，讨论了雷诺数在150~400的范围内变动时，不同冷板结构的努塞尔数，压降和综合评价指标的变化情况。再将优化得到的冷板和锂电池进行集成并得到4种不同组合形式的电池组，并对不同电池组的散热性能进行比较以选出最优组合形式。再讨论了放电倍率，冷却液质量流量和温度对电池组最高温度和温度均匀性的影响。 |
| 作者： | 杜柏林 |
| 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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