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电动汽车锂电池组风冷散热结构设计与优化研究
| 论文题名： | 电动汽车锂电池组风冷散热结构设计与优化研究 |
| 关键词： | 电动汽车;锂离子电池组;风冷散热结构;优化设计 |
| 摘要： | 基于锂离子动力电池高的温度敏感性，当电动汽车动力源锂电池模组持续放电时，若电池生成的热量无法及时散出，在模组内累积造成电池温度过高，不仅电池的性能会受到影响，还存在着安全隐患，而威胁到驾乘人员的安全。因此在电动汽车上配备热管理系统对电池组进行温控具有重要意义。本文通过CFD仿真软件对电池组风冷散热结构进行了稳态的数值仿真计算，并对所提出的散热结构进行了优化。本文主要工作如下： （1）在对电池结构合理简化的基础上，完成了18650型锂离子动力电池三维热模型的建立及相关参数获取，然后通过Fluent仿真软件，模拟单体电池在放电倍率及对流换热系数不同时的温度分布。结果表明，随着对流换热系数的提升，电池温升降低，但电池内外温差增大。在放电倍率增大时，电池的最高温度及内外温差也增大。 （2）基于电池单体的热仿真分析，研究了电池在1C放电倍率下，由24个锂电池构成的Z型风冷散热模组的散热性能。通过模拟得出模组内电池单体的温度最高达到38.54℃，最大温差为10.35℃并不满足设计要求。基于初始Z型模组结构，提出了五种进出风口处于不同箱体位置的电池组模型并进行仿真分析。结果表明五种箱体结构对电池组的散热性能都有提升，综合考虑电池模组的冷却性能、功耗等因素最优的结构为方案Ⅲ，但温度均匀性仍不满足设计要求。在结构方案Ⅲ的基础上，提出7种在冷却通道内放置分流板的方式，进一步优化电池组内的气流分布。研究表明，分流板布置于第6和7冷却通道下方时的BF6有最佳的散热效果，其模组内的最高温度为32.24℃，最大温差为3.87℃。 （3）在无分流板添加的情况下，通过单因素法研究电池模组自身结构如分流腔室及汇流腔室的倾斜角度、进出风口通道的长度、电池间距等因素对电池组散热效果的影响，设计正交试验将最高温度和温差的直观分析结果进行比较，获得散热效果最好的组合为分流腔室倾角为6°，汇流腔室倾角为5°，进出风口通道的长度为60mm，单体电池间距为8mm，与优化前相比，最高温度降低了2.12℃，温差降低了2.4℃。 |
| 作者： | 王帅峰 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 钟厉 |
| 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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