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相变-热管-液冷式锂电池组散热性能分析
| 论文题名： | 相变-热管-液冷式锂电池组散热性能分析 |
| 关键词： | 纯电动汽车;锂离子动力电池;复合散热;放电倍率;冷却效率 |
| 摘要： | 为了解决传统燃油汽车造成的资源紧缺和环境污染等问题，汽车企业及各地政府纷纷将目光转向无污染、低噪声、高效的纯电动汽车。动力电池是纯电动汽车的能量来源，其工作状态直接关系到纯电动汽车的性能。目前，锂离子动力电池以其能量密度高、自放电量少、无记忆效应等优点受到了市场的追捧。然而锂电池在工作时，其内部会快速地产生大量的热量，这些热量以温度的形式表现。当温度超过了锂电池的安全温度范围(20℃-50℃)，极易引发热失控。因此，为确保锂电池安全的工作，对其进行温度控制是必不可少的。本文以软包锂电池模组/包为研究对象，提出一种以相变-热管-液冷为基础的散热结构，并借助数值模拟进行温度控制预测，以评估其在高环境温度及电池高放电倍率工况下的冷却效率。本文研究的主要内容如下： （1）概述目前常见的四种冷却方式及其基本特点。介绍不同种类锂电池的基本特征及工作原理，并分析其生热特性和传热特性。此外还探究不同温度和SOC对电池内阻的影响规律，发现内阻随温度增加而减小；SOC在0.3-0.9区间，锂电池内阻较稳定。 （2）介绍CFD的三个控制方程及求解步骤。根据单体软包电池的实物模型构建了三维模型、并计算极耳和电芯两部分的生热速率。同时，分析不同放电倍率和对流换热系数对电池温度的影响。结果表明：绝热状态下，高温区主要聚集在电池的极耳部分，尤其是正极耳区域；放电倍率越高，电池的温升越快；通过增加对流换热系数，可减少最大温度和温差。 （3）对电池模组进行三维建模和网格独立性分析。以电池的最高温度和温差为评价标准，研究不同散热方式、冷却液进出口方向、膨胀石墨含量、冷却液流速、热管冷凝段末端面与微型管道的距离的影响。最终确定相变-热管-液冷散热方式、异侧进口方向、20%EG含量、20mm的热管冷凝段末端面与管道的距离为最佳参数。 （4）分析1C、2C和3C放电倍率下电池模块的温度分布。设计正交试验来探究CPCM中EG含量、冷却液流速、热管冷凝段末端面与管道的距离对电池模块温度的影响次序。结果表明：对于最高温度，三个因素的影响次序为冷却液的流速gt;热管冷凝段末端面与管道的距离gt;EG含量；对于温差，影响次序为EG含量gt;热管冷凝段末端面与管道的距离gt;冷却液的流速。 |
| 作者： | 祝惠 |
| 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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