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基于直接液冷-风冷的18650锂离子电池复合热管理系统研究
| 论文题名： | 基于直接液冷-风冷的18650锂离子电池复合热管理系统研究 |
| 关键词： | 电动汽车;锂离子电池;热管理系统;直接液冷;风冷技术;纳米流体;散热性能 |
| 摘要： | 当今世界石油、天然气等一次能源消耗过量，这直接导致了能源危机和环境污染两大问题。在我国政策大力支持下，新能源汽车作为一种可靠的解决手段逐步进入大众视野。锂离子电池是电动汽车的核心组成部分，在锂离子电池工作时如果其产生的热量无法及时散出，有可能因其温度过高或温差过大而引发热失控，导致起火或爆炸。因此，为了保证新能源汽车的稳定运行，防止热安全问题的产生，设计一种性能优异的热管理系统极其重要。 以目前常用的三元18650锂离子电池作为研究对象，通过实验和模拟相结合的方式，设计并研究了一种直接液冷-风冷复合热管理系统。基于锂离子电池热特性分析，确定了单体电池的理论生热模型。通过单体电池的拆解实验和性能测试，明确了电池的内部结构及相关物性参数，运用所得数据建立了锂离子电池生热模型，并通过实验验证了所建模型准确性和可靠性。 为了优化直接液冷的结构设计，以锂离子电池距热管理结构内壁长度和冷却管道数量作为参数进行研究。结果表明，在锂离子电池距结构内壁长度为3mm的双管道结构具有最佳冷却性能。随后以流量和放电倍率作为参数设计了交叉实验，发现冷却液流量为0.001kg/s时已基本满足2C倍率放电的电池组散热需求。在直接液冷基础上复合风冷来强化散热，制定了四种流道方案并进行对比分析，然后对风速进行了优化，观察不同放电倍率下直接液冷-风冷复合热管理系统的降温表现。结果表明，风速为6m/s的同向流道为最优选择，且在高倍率放电下，最高温度在合理范围内，但是温差需要进一步控制。 在保持结构稳定基础上，使用纳米流体进一步提高散热性能。通过制备纳米改性变压器油测得导热系数，进而拟合得到导热系数公式。针对纳米流体以浓度、流量和放电倍率为参数进行研究。结果表明，随着纳米流体浓度的提高，电池组温度有不同程度下降，在一定的流量下纳米流体降温明显，且纳米流体对高倍率放电具有更好的散热效果。为了进一步研究热管理系统对热失控的影响，建立了单体电池热失控模型，并在触发热失控后以纳米流体浓度和环境温度作为参数进行对比分析，结果表明直接液冷-风冷复合热管理系统能够有效阻断热失控传播，抑制热蔓延。 综上，直接液冷-风冷复合热管理系统具有优异的散热效果，纳米流体的使用进一步提高其冷却性能，且此热管理系统对热蔓延具有一定的抑制作用，为锂离子电池热管理提供了新的解决方案和设计思路。 |
| 作者： | 王国阳 |
| 专业： | 安全科学与工程 |
| 导师： | 陈明毅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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