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原文传递某纯电动汽车动力电池液冷系统方案设计与仿真

论文题名：	某纯电动汽车动力电池液冷系统方案设计与仿真
关键词：	电动汽车;热管理;液冷散热;锂离子电池;仿真模型
摘要：	某企业生产的某型纯电动汽车通过风冷方式对动力电池进行散热，为了提高电池系统能量密度，拟为该车开发新型的电池包方案，选用2170圆柱型锂离子电池作为动力电池。为了提高电池模组的性能和安全性，本课题对电池液冷散热系统进行了方案设计与仿真。主要研究内容如下：　　（1）在对2170圆柱型锂离子电池的基本构造和工作原理分析的基础上，研究了单体电池的产热机理、热物性参数以及传热机理，建立了单体电池三维仿真模型，并利用单体电池的生热速率模型预测不同工况下单体电池的温度变化。　　（2）为获取生热速率模型的参数，采用HPPC方法进行了电池内阻试验，测试时，调节恒温箱温度为设定值，将单体电池恒流恒压充电至截止电流，再以不同放电倍率恒流放电，每10％SOC（100%至10%）对单体电池进行脉冲充放电，采集电压、电流数据，获得了不同放电倍率和温度下的内阻变化规律。为验证后续仿真模型计算结果，进行了温升试验，先在电池侧面安置两个热电偶并将电池放在恒温箱里，将电池以不同倍率恒流放电至截止电压，实时采集电池表面温度，获得了不同放电倍率下电池温升变化规律。　　（3）利用了Fluent软件对单体电池仿真分析，基于内阻试验数据与生热速率模型相结合并根据不同的放电倍率建立单体电池仿真时需要的热源，再将热源导入单体电池三维仿真模型，不同放电倍率下模型的仿真结果表明，仿真和试验数据误差率在5%以内，验证了单体电池仿真模型的准确性。　　（4）设计了锂离子电池液冷散热系统，仿真分析了模组（三行电芯错位排列）在自然冷却的方式下不同电芯间距（2mm、4mm、6mm、8mm）的散热效果，结果表明6mm电芯间距散热效果最好。在最优间距的基础上设计蛇形、方形和蜂巢形液冷散热结构，接着将这三种散热结构的电池组进行了仿真，并分析了电池模组和载冷剂的温度场变化，综合模组温升、载冷剂压强、冷却效果、制造工艺等多方面考虑，确定蜂巢形液冷电池组散热结构是最优结构，其结构参数为：液冷板设有六个微通道，每个微通道高为10.5mm、宽为4mm；液冷板的总厚度为6mm，液冷板壁厚为2mm（见图4-18）。　　（5）针对蜂巢形液冷电池组散热结构从不同冷却因素角度进行研究分析，考虑载冷剂不同入口流速（0.02m/s、0.04m/s、0.06m/s、0.08m/s）和不同入口温度（15℃、20℃、25℃）以及改变进出口位置等因素对电池模组散热造成的影响，仿真结果表明：相同放电倍率下，载冷剂入口流速为0.08m/s，载冷剂入口温度为15℃时，电池模组的冷却散热效果较好，可为BMS热管理系统的负荷调节与控制提供参考。模型左侧上三个流道均为进口，下三个流道均为出口对电池模组冷却散热效果较好。通过以上研究，确定了动力电池模组的散热结构形式和主要参数，为后续电池液冷系统开发提供了参考依据。
作者：	张森浩
专业：	机械
导师：	杨世文;曹云斌
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中北大学
学位年度：	2023