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锂离子电池组液冷散热控制策略设计及性能优化研究
| 论文题名： | 锂离子电池组液冷散热控制策略设计及性能优化研究 |
| 关键词： | 电动汽车;锂离子电池组;液冷散热控制策略;粒子群优化算法 |
| 摘要： | 车用锂离子动力电池作为电动汽车重要的能源存储装置，其安全稳定性直接影响了电动汽车的安全性和可靠性。动力电池以大放电倍率工作的情况下，在动力电池内部会迅速产生大量热量，这些热量如不断累积且不能及时排出，动力电池会因温度过高而影响其循环使用寿命，严重情况下会导致热失控、爆炸起火等事故。电池热管理系统能使电池保持在适宜的温度下运行，对保证电动汽车的安全稳定运行有重要意义。本文进行了锂离子电池组液冷散热控制策略设计和性能优化研究，开展的主要研究工作如下： （1）根据Bernardi生热速率模型构建锂离子电池的生热模型，并基于传热学理论建立了电池的散热模型。按照电池组尺寸设计合适的液冷板结构参数，建立电池组和液冷板几何模型并进行网格划分。通过进行不同冷却液温度及流速下的对比仿真分析得到了冷却液参数与电池组温度之间的对应关系，为电池组液冷散热控制策略的设计提供了理论依据。 （2）进行了不同初始放电倍率条件下电池组的热仿真分析，结合实验对构建的电池组热模型和设计的电池液冷散热控制策略进行验证。采用Fluent和Simulink联合仿真分析方法，在Fluent电池组热仿真模型中实现电池温度监测点数据获取，在Simulink中构建液冷散热控制系统模型，并建立两个软件之间的数据交互通道，实现仿真过程中冷却液参数和电池放电倍率的动态调整。搭建电池液冷散热系统实验平台，分析相同放电倍率和液冷散热控制参数下电池温度监测点的温度变化规律。联合仿真和实验测试结果表明，所采用的电池组联合仿真分析方法和构建的电池组液冷散热控制策略是有效可行的。 （3）基于构建的电池组液冷散热控制策略和联合仿真模型，进行多因素多水平的正交试验，分析不同的液冷散热系统控制参数对电池组散热性能的影响，以实现液冷散热控制策略性能优化。进行了初始放电倍率为2C条件下的正交试验，通过对液冷散热性能的单评价指标分析和多评价指标分析，得到电池组散热性能最优的因素水平，并基于联合仿真模型进行了最优控制参数条件下的模拟实验，验证了正交优化结果的有效性。采用粒子群优化算法进行分析，结果同正交优化下相比，粒子群优化算法能较快得出冷却液温度和冷却液流速的最优组合，优化得到的电池组温度变化较平缓。 本文的研究成果对车用锂离子动力电池组液冷散热系统的设计开发提供了理论依据和技术指导，对其它电池热管理系统的研究开发也具有参考和借鉴意义。 |
| 作者： | 陈哲 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 盘朝奉 |
| 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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