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基于仿生结构的液冷电池热管理系统的研究
| 论文题名： | 基于仿生结构的液冷电池热管理系统的研究 |
| 关键词： | 电动汽车;锂电池;热管理系统;仿生结构;散热性能 |
| 摘要： | 为了解决随着社会的进步而变的逐渐严重的能源消耗和环境污染问题，世界各国都大力支持新能源电动汽车的发展。而电池作为新能源电动汽车的动力源则是重中之重，被广泛的学者所研究。人们在追求大容量（或高能量密度）的动力电池以及高压快充技术的同时，也给电池的热安全带来了挑战，严重影响电池的工作性能和使用寿命。所以，对电池热管理系统进行研究具有重要意义。 通过对锂电池产热、生热原理的研究，根据单体电池温升实验结果计算出所用方形磷酸铁锂电池的产热参数，为CFD仿真提供参数支持。之后，搭建了冷板实验平台，对冷板进行加工并进行了入口不同质量流量的冷板实验，将实验结果与对应模型的仿真分析结果进行了对比，验证了模型仿真结果的精确性。最后，分析并调整液冷板模型的结构，研究了不同的冷板结构对冷却系统性能的影响。 （1）提出了一种内部为仿生鱼形翅片结构的冷板模型。首先研究了内部翅片的间距比和流线形状，确定了翅片的尺寸以及仿生鱼形的优越性。然后进一步研究了仿生鱼形冷板的进出口方式、两出口间距离以及内部翅片的错位排列形式，确定了当冷板模型一进两出、两出口间距离为30mm以及错位形式为D2时，冷板的散热效果最好。最后分析了翅片均分为两半后新增直通道的宽度以及引进二次斜通道设计后对冷板散热性能的影响，得出基于单目标下冷板的最佳结构。 （2）基于单目标下冷板最优模型，选定两出口间距离、翅片分半后新增直通道的宽度以及二次斜通道在翅片上的位置和倾斜角度四个参数为设计变量，采用进化算法寻优进行冷板结构的多目标优化以得到最佳的冷板设计结构。优化后的冷板模型（平均温度为34.99℃，压力损失为5.74Pa）与初始模型（平均温度为36.68℃，压力损失为12.55Pa）相比，平均温度和压降分别降低了1.69℃（4.61%）和6.81Pa（54.26%），优化效果显著。之后，又讨论了多个二次斜通道的冷板性能的影响，确定多个二次斜通道的无效性。最后，对四种不同模型在不同的雷诺数下的性能进行了分析。 （3）将最终确定的最佳冷板模型运用到电池模组中，研究了冷却液的流向、冷却液口处的质量流量以及冷却液的温度对电池模组散热性能的影响，根据仿真结果来验证液冷板设计结构在电池组中的可靠性。 |
| 作者： | 李世远 |
| 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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