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原文传递基于电池产热特性的热管及传热部件优化研究

论文题名：	基于电池产热特性的热管及传热部件优化研究
关键词：	电池热管理;等效热电路;传热优化;结构优化
摘要：	动力电池作为新能源汽车核心部件,其热管理与热安全性能一直以来都备受重视.进一步提高电池热管理系统的效率与安全性,降低热管理系统能耗,是新能源汽车进一步发展中极为重要的一环.热管的无源传热、热源热汇分离、冷热双向、热开关等优异性能,使其成为未来电池热管理的有力候选方案.但基于热管的电池热管理在结构集成以及热管与电池深度耦合方面仍存在问题.为此,研究工作针对电池耦合热管散热技术,通过等效热电路分析法,对电池耦合热管散热结构做出探究与优化. 　　首先,本文对等效热电路分析法的可行性进行了探讨,对动力电池单体产热特性及其自身各向传热特性进行了理论推导;搭建了热管传热热阻网络模型,阐明了各部分热阻计算方法,详细分析了热管内部蒸发冷凝与蒸汽流动过程的等效热阻;对冷却液部分的对流换热形式及等效热电路建模做了描述. 　　其次,利用Simulink建立了电池耦合热管散热的等效热电路模型,搭建电池耦合热管散热实验台,通过实验方式对等效热电路模型进行验证,二者误差小于7%.在此基础上,提出了一种集成空间小,低流阻的电池耦合热管散热结构,使用等效热电路分析法,以电池最高温度与电池水平、竖直方向温差为依据,在不同冷却液流量、冷却液温度、环境温度、放电倍率下对电池的温度及温均性做出评判,并从容—阻网络图的角度,对出现的现象进行解释. 　　再次,针对基本传热特性分析中出现的问题,通过仿真计算,对电池耦合热管散热单模组进行传热强化与温均性优化,通过添加石墨片对竖直方向进行传热强化,基础工况下,最大温升降低14.7%,水平温差降低48%,竖直温差降低36%,石墨片厚度为0.5mm时效果最优,通过添加保温材料,降低环境对电池温度的影响,在石墨片方案的基础上进一步将水平温差降低29%,接着分别讨论了不同热管长度、宽度、厚度以及冷却流道半径下,对电池温度及温均性的影响.得到最佳热管蒸发段长度在本文电池总长的60%-80%之间;冷却流道截面半径增大,最高温度与水平温差会降低,竖直温差会增大,其变化主要会影响对流热阻与进出口温差;对扁平热管而言,热管厚度与热管宽度的增大,可以减小热管蒸汽流动热阻,均能使传热效果更优,但改善趋势在减小;通过正交实验得到在热管长度60%、宽度18mm、厚度4mm、流道截面半径14mm时,电池模组热性能最佳. 　　最后,在单模组结构优化的基础上,通过变参数热管的布置,将电池包因液流单向性引起的水平温差降至最低,基础工况下,将电池包的水平温差降低了38%,在0.5mm厚度梯度下对热管厚度参数范围进行偏移,偏移后电池包水平温差进一步降低66%,将电池整包的水平温差降低至与单模组水平温差相同.通过变扁平热管宽度,在3mm厚度梯度下可降低27.8%,参数范围向小偏移后水平温差进一步降低29%.同样可改善电池整包的水平温均性.
作者：	梁钊源
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	高青
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023