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车用21700型锂电池热管理液冷系统结构优化与仿真研究
| 论文题名： | 车用21700型锂电池热管理液冷系统结构优化与仿真研究 |
| 关键词： | 电动汽车;锂离子动力电池;管理液冷系统;结构优化;仿真模拟 |
| 摘要： | 高效能的电动汽车动力电池热管理系统不仅能保证电池的工作性能稳定，而且还能提高其工作安全性，因此对电动汽车动力电池热管理系统的不断研究优化是非常有必要的。本文以某款应用于电动汽车的21700圆柱型锂离子动力电池为研究对象，基于理论分析、实验探究、有限元仿真分析并结合前人研究，对所选用电池的电池模组液冷系统结构进行了优化，主要进行的研究工作分为以下几个方面： 首先，对电池的生热机理和传热特性理论进行了分析研究，在此基础上结合单体电池内部具体材料参数计算出简化后单体电池计算模型的热物性参数，同时进行电池单体的HPPC（HybridPulsePowerCharacteristic）内阻实验，根据理论分析和实验数据通过Matlab/cftool工具拟合电池内阻并编译出供Fluent使用的电池不同放电倍率自定义热源文件UDF（User-DefinedFunction），从而建立单体电池的等效生热数学模型。 其次，基于建立的单体电池的等效生热数学模型以及后续建立的单体电池物理模型，通过有限元分析软件Fluent对电池单体进行不同放电倍率下自然对流情况和1c放电倍率下不同对流工况的瞬态仿真，仿真结果显示建立的单体电池计算模型在不同情况工作时的温度变化符合实际情况，并且不同放电倍率下的电池温度随SOC（StateofCharge）和温度变化的规律与实验结果内阻随SOC以及温度变化规律一致。 然后，对电池模组液冷系统进行冷板流道结构的优化仿真。共设计了6组不同冷板流道结构，经物理建模及网格划分后分别在Fluent中进行2c放电倍率下电池模组的瞬态散热仿真，综合各方面仿真结果分析后表明，8流道结构在电池模组液冷系统液冷板流道结构优化中优化效果最好，说明在液冷板内增设流道到一定数量后才能改善电池模组整体温控效果，流道数过少或者过多温控效果均不佳。 最后，结合电池模组冷却温度的分布规律以及冷板不同布置方式的优缺点后改进设计了3种不同的电池模组液冷系统整体结构优化方案，对其进行2c放电倍率下的仿真分析，结果显示方案3温控效果最好，达到优化效果，此种底部冷板单流道结合侧置冷板8流道的布置本身可以很大程度改善电池模组的温控效果且后续优化空间大。 |
| 作者： | 付文文 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 赵伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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