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基于热管冷却的电池热管理系统设计及优化
| 论文题名： | 基于热管冷却的电池热管理系统设计及优化 |
| 关键词： | 电动汽车;动力电池;热管理系统;结构设计;热管冷却 |
| 摘要： | 新能源汽车随着我国电池、电机、电控关键技术研发体系的快速发展取得了重大进步，它的能量来源主要依靠于动力电池这一核心部件。锂离子电池不仅循环寿命长，而且有着无记忆效应、抗老化等优点，使其在电动汽车上得到了广泛应用。但是电流流动、电位偏差、多种电化学反应以及锂离子在正负极之间的不断嵌入和脱嵌，使得电池生热贯穿着电池整个工作过程。与此同时，车内电池模组结构紧凑又会使能量聚集温度过高，长时间高温工作将会影响电池性能，严重缩短其循环寿命，甚至出现短路爆炸。因此，电池热管理系统的优劣直接关系着电池性能、汽车续航里程以及驾驶员人身安全。 本文首先对某厂商生产的18650圆柱型电池开展了放电性能测试，得出电池的直流内阻在不同温度下随着放电深度的变化情况，并探究了不同的环境温度和不同的放电倍率对电池温度、能量、电压等特性的作用，为后续热管理系统的理论分析提供了实验数据支撑。 本文将理论分析与数值模拟结合，提出一种基于热管冷却的圆柱型电池热管理结构。借助热管的高导热性能将电池产热传导至位于模组外部的冷凝段，随后采用空气或者冷却液对其集中冷却。针对不同放电倍率的电池模组，分析其传热机理建立计算模型，并与实验数据相互验证。进而对冷却流道内工质和电池模组温度分布进行迭代计算，获得模组内电池最高温度、最大温差、流道压差等重要数据指标，探究不同空气流速、不同冷却液流量和温度下的热管理性能。最后，在强制空冷的基础上结合液滴喷淋方式，以优化提升冷却效果。对比三种喷嘴模式下的电池温度分布以及液滴流动情况，得出最优喷嘴结构。在此基础上，研究不同空气流速、液滴质量流量及粒径的对电池模组散热性能的影响，发现液滴质量流量和粒径对模组整体的冷却作用明显，而空气流速仅对流道末端电池温度有所改善。 |
| 作者： | 文钟毅 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 杨立军;刘学 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华北电力大学(北京) |
| 学位年度： | 2022 |
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