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原文传递新能源汽车动力电池冷媒直冷热管理系统的设计与优化控制

论文题名：	新能源汽车动力电池冷媒直冷热管理系统的设计与优化控制
关键词：	电动汽车;锂电池;冷媒直冷;冷板优化;控制策略
摘要：	为了积极响应国家“双碳”的号召，减少碳排放和碳污染已成为现代社会发展的主要趋势，近年来，随着新能源汽车行业的兴起，汽车行业的发展渐渐从传统燃油汽车向新能源汽车倾斜，其中纯电动汽车凭借其节能环保、结构简单、噪音小等优点逐渐获得了人们的认可。动力电池作为电动汽车唯一的动力来源，其性能直接决定了电动汽车的整体品质，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长等特点成为动力电池的首选。凭借着对锂离子动力电池多年的研究，人们一直都在关注锂离子电池的续航里程及热安全性的问题，最近又对锂离子动力电池的快充特性有了更高的要求。近年来，电动汽车自燃、起火、热失控事件频发，在提升动力电池性能的同时首先应该考虑动力电池的安全性，所以对动力锂电池组开展热管理的研究也是不可或缺的。本文针对锂离子动力电池的热管理需求设计了一种冷媒直冷热管理系统，通过实验和模拟等方法对系统工作特性开展了一系列研究，主要研究内容与相关结论如下：　　（1）本文首先设计并搭建了动力电池冷媒直冷热管理系统试验平台，对电池模组进行了测试；然后将冷媒直冷与传统液冷和自然冷却进行了对比，在相同放电倍率和进口温度下，制冷剂质量流量在比液冷小时，电池组最高温度反而要比液冷低2.6℃，这充分说明了直冷冷却效果的优越性。最后，针对口琴管式冷板布置在电池组底部的结构，采用冷媒直冷的冷却方式对于降低电池组的平均温度有显著效果，在阀门开度增大到11.2%时，能使电池组温度由30℃下降至20℃左右。　　（2）分析了采用口琴管式冷板的电池模组结构热特性，发现电池组产生温差较大的原因是：布置在底部的冷板使得电池在高度方向上存在着较大温度梯度，最大时能使电池组温差达到9.3℃。由此设计了在电池组主壁面和侧壁面冷却的几种结构，对比发现了主壁蛇形/窄侧壁并行流道的冷板结构对降低电池组温差效果明显，即使在恶劣工况下也能使电池组温差控制在5℃以内。通过对主壁蛇形/窄侧壁并行流道的冷板散热性能进行了进一步分析，在考虑了安全裕度的情况下，运用模拟计算出了满足电池模组散热的安全工作区间，在制冷剂干度大于0.73，蒸发温度大于15.43℃时将可能不满足散热需求。　　（3）采用AMEsim软件对冷媒直冷系统进行一维仿真，为了更加符合实际系统模型，将动力电池模组的规模扩展到了30KWh并添加了驾驶舱模型。在兼顾动力电池组和驾驶舱的热管理需求后，结合冷媒直冷系统提出了控制策略，并用Simulink搭建控制模型，采用联合仿真的方式对一维系统及控制系统进行模拟，在引入国际标准测试工况后进行了测试，结果表明驾驶舱和动力电池温度都能保持在设定的工作温度区间。
作者：	杨鹏
专业：	动力工程
导师：	单春贤;唐爱坤
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2022