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相变协同液冷式电池热管理系统的强化传热特性研究
| 论文题名： | 相变协同液冷式电池热管理系统的强化传热特性研究 |
| 关键词： | 电动汽车;电池热管理系统;液冷板;相变材料;强化传热特性 |
| 摘要： | 在新能源汽车快速发展的背景下，电池热管理系统应时而生，其主要作用是监视、控制和维护电池使其处于最佳工作温度条件。因此，研究电池热管理系统以确保电池在安全高效的环境中运行，促进电动汽车进一步发展至关重要。 本文提出了相变协同液冷的电池热管理系统提高其性能。首先，对初始液冷板进行了仿真及实验验证，然后针对传统方形翅片，利用弧长和弧度的优化方式来进行多变形状和结构尺寸的优化，并结合主次翅片的设计方式进一步优化和提升液冷板的散热性能。同时，耦合分区相变材料的填充方式并协同不同冷却介质强化散热，提升液冷板的均温性并实现轻量化。最后，构建电池组进行热管理研究，以提升电池组的热性能。 (1) 阐述了锂电池相关的热特性理论，进行温升实验获得相关产热参数。同时，为了验证数值仿真模型的有效性，我们搭建实验平台，通过将模拟仿真数值与实验得到的液冷板入口质量流量分别为0.5 g/s、1.0 g/s、1.5 g/s、2.0 g/s的实验数值进行对比分析，两者的相对误差均小于5%，具有可靠性。 (2) 在初始液冷板模型的基础上，对其内部翅片结构形式进行了优化分析。通过对10种一次翅片进行优选，并通过考虑翅片大小以及增加二次翅片等方式研究液冷板的传热性能和流动性能，分析了不同结构形式对液冷板传热和压降的影响，以及两者相互作用下综合性能的优劣。 (3) 为了进一步改善热交换性能，引入相变材料和不同冷却介质以强化传热，从而进一步提高液冷板的整体性能。首先，研究了不同雷诺数下相变材料分区填充方式、相变材料厚度对液冷板性能的影响，得到最优相变材料组合方式A2-B2-C3，最优相变材料厚度H=1.4 mm，此时液冷板的质量减轻了41.4 g（68.86%），然后在此基础上研究了不同雷诺数下冷却介质体积分数、冷却介质种类对液冷板性能的影响，以及综合性能分析。结果表明，3种纳米颗粒所形成的水基纳米流体冷却介质的强化传热效果均高于基础流体水，且与基础流体水相比，努塞尔数的增量可达5%~95%，显著提高了对流换热效果。 (4) 以最优液冷板模型为基础，构建电池组进行热管理研究。将电池与液冷板的数量固定比例，研究随着其数量等比例的增加，5种不同布置形式的好坏对比以及某种布置方式的变化情况。然后针对最优电池组模型研究了液冷板流向布置方式、放电倍率、冷却液入口温度、入口质量流量和环境温度对电池组性能的影响。 |
| 作者： | 梁贝贝 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 张甫仁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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