原文传递
FSEC赛车动力电池风冷散热设计与分析优化
| 论文题名： | FSEC赛车动力电池风冷散热设计与分析优化 |
| 关键词： | FSEC赛车;镍钴锰酸锂电池;风冷散热;使用寿命;正交试验 |
| 摘要： | 随着能源消耗的加剧和污染问题日益突出，为了响应国家新能源汽车战略，为国家培养更多该行业的人才，中国汽车工程学会于2013年开始举办第一届中国大学生电动方程式大赛（FormulaStudentElectricChina，FSEC），目前该赛事已经发展到全国近80余所高校，在世界各地高校也逐步流行。激烈的赛事竞争以及赛事工况的恶劣程度对各大高校设计的赛车动力系统可靠性提出了很高的要求，同时赛事的规则也使电池散热系统的设计更加重要。本文以中北大学行知车队电动赛车为研究对象，对该赛车使用的镍钴锰酸锂电池组成的动力系统进行散热研究，使赛车电池在工作期间产生的热量及时散出，保证电池组始终工作在合理温度区间，提高电池使用寿命和赛车行驶安全性。 首先从锂离子电池的组成结构入手，介绍了其工作原理，根据电池生热机理明确了电池生热量的来源，建立了单体电池热模型和简化的Bernardi生热速率模型，并根据计算和规格书对电池密度、比热容、热导率等热物性参数做了等效处理。 其次基于赛事项目将单体电池设为大电流短时放电和小电流长时放电两种工况，研究两种工况下单体电池的热效应。搭建了相对应的温升实验和HPPC实验平台，利用实验数据成功获得了电池生热速率和放电时间的关系并编译为UDF，借助CATIA生成单体电池三维模型并在Fluent中做热仿真分析，将仿真数据与温升实验数据对比分析，结果表明温升最大误差0.5℃，温差最大误差为0.12℃，证实了单体电池热模型的可行性。 然后根据选定的电机，确立了电池Pack的联接方式和单体数量以及能量大小，结合比赛工况和牛顿冷却定律公式确定了电池箱4.83m3/min的散热量进而选择了两款合适的散热风扇，对电池系统模组以及箱内其他电气元器件做了初步建模和合理布置，初步完成了电池箱散热系统的三维结构。 最后对简化后的电池系统做了初步热仿真，明确了计算相关参数的设置以及确定了散热因素。在此基础上选择正交试验法对电池散热系统进行优化，最终在3种优化方案中确定最优方案并针对FSEC比赛项目中的耐久赛工况进行仿真分析。结果表明，最优方案的极限放电工况最高温度33.37℃，最大温差3.87℃，较初步热仿真优化了近33%。为了降低赛车低压系统功率消耗，基于最优方案又分析了2风扇模型的散热效率，发现2风扇模型散热效果比较良好，较初步热仿真优化了近27%。对组装好的电池箱进行了实车调试，结果显示散热效果良好，处于电池工作规定的温度范围，为后期实车温升实验打下了基础。 |
| 作者： | 袁文奇 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 尉庆国;刘学平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中北大学 |
| 学位年度： | 2023 |
检索历史
应用推荐
