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液冷锂离子电池组热行为分析及散热性能优化
| 论文题名： | 液冷锂离子电池组热行为分析及散热性能优化 |
| 关键词： | 新能源汽车;锂离子电池组;微通道液冷系统;温度特性;散热性能 |
| 摘要： | 能源危机和环境污染助推传统燃油汽车向新能源汽车转型升级，作为突破新能源汽车关键技术的重要研究对象，动力电池的工作状态决定了整车性能强弱。电池组在较高倍率放电过程中产生大量热，温度不断积聚不仅影响单体电池出力、剩余有效寿命，严重则引发热失控等爆炸现象。因此，为提升大规模高放电倍率电池热管理系统散热性能、改善温度均匀性，本课题以商用10Ah磷酸铁锂电池为研究对象，探究单体电池电压和温度特性，通过构建新型微通道液冷系统对电池组进行有效散热，将温度指标控制在合理范围内。 首先，构建一、三维耦合的电化学—热耦合单体电池模型用以更加精准仿真模拟电池温度特性。探究在不同放电倍率（1C、2C、3C和5C）下单体电池电压和温度随时间变化情况，通过电池电压、温度曲线与实验数据的对比分析，验证了精准且可靠的仿真模型。结果表明，放电倍率越大，放电初期和末期电压下降越明显。电池温升与放电倍率呈正相关，在5C放电结束后电池最高温度达到317.95K，相比3C、2C和1C放电结束最高温度分别增加6.67K、10.65K和15.6K。 其次，构建一种上下布置的电池组微通道液冷系统，探究不同微通道截面长宽比、冷板宽度和质量流量下电池组的三维热场分布、最高温度和最大温差情况。增加微通道截面长宽比有助于降低电池组的最高温度，但冷却液入口质量流量恒定，增加微通道截面长宽比导致微通道内冷却液流速降低，带走电池组热量的能力相对减弱；冷板宽度越窄温度积聚现象越严重，冷板宽度为80mm、90mm和100mm的电池组温度均匀性相对于冷板宽度为70mm的电池组分别改善2.4%、6.0%和8.4%；增加质量流量能够有效降低电池组的最高温度和最大温差，但过度增加质量流量，液冷系统压降和水泵功耗也随之增加。 最后，利用正交试验和综合平衡法优化电池热管理系统。利用正交试验建立了L16(45)正交表，将电池组最高温度和最大温差作为评价指标，探究不同因素的影响等级排序，最后利用综合平衡分析法得出电池热管理系统散热性能最佳的参数组合。最高温度和最大温差的因素影响等级顺序相同均为：质量流量＞微通道截面长宽比＞冷板宽度。经综合平衡分析法得出电池热管理系统散热性能最佳的参数组合，结合冷板结构强度B4W4V4可选为最佳因素组合，仅考虑温度指标的最佳组合为B4W4V4，即质量流量为40g/s、不同微通道长宽比为4∶1、冷板宽度为100mm。 本文提出的单因素和正交试验相结合的优化研究方案有效改善电池组的温度均匀性，并将温度指标控制在合理范围内，为大规模高放电倍率电池热管理系统的优化研究提供建设性参考。 |
| 作者： | 尹佳慧 |
| 专业： | 集成电路工程 |
| 导师： | 阮圣平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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