原文传递
基于仿生结构的锂离子电池液冷散热性能优化研究
| 论文题名： | 基于仿生结构的锂离子电池液冷散热性能优化研究 |
| 关键词： | 电动汽车;锂离子电池;仿生结构;液冷散热性能 |
| 摘要： | 电动汽车的推广应用对于缓解环境污染、解决石油危机、保障国家能源安全、实现社会经济可持续发展具有重要意义。电动汽车的一个重要组成部分就是动力电池，锂电池则凭借自身的种种优势在众多动力电池中脱颖而出。由于锂电池的工作温度对性能、寿命和安全性起着重要作用，高温环境不仅会以容量和功率衰减的形式对电池性能产生不利影响，并且电池极易发生热失控甚至起火爆炸。因此，建立高效的电池热管理系统对锂电池至关重要。 本文为了解决某规格磷酸铁锂动力电池的热安全问题，通过对流道结构几何形状进行优化设计以获得高效合理的液冷电池热管理系统。本文参考了自然界的叶片形状，基于仿生结构设计了一种叶片状微小通道液冷板。在验证实验的基础上对液冷板结构进行了优化设计，评估了不同因素对冷却系统性能的影响，并对电池模组进行了一系列研究。 首先，对初始液冷板结构建立了仿真模型，并开展了四组液冷板散热实验，所得到的实验数据与模拟数据基本吻合，证实了仿真模型的准确性和有效性。然后对通道数量和叶片分支数量进行优化设计，得到了较优模型。此外，主要针对内角α、圆心角θ1、圆心角θ2和通道高度d进行了单因素分析，评估它们对微小通道液冷板性能的影响。 其次，采用正交试验和模糊灰色关联分析结合的方式作为评价方法，研究了内角α、圆心角θ1、圆心角θ2和通道高度d这四个结构参数对微小通道液冷板性能的影响，分析了各种因素对冷却系统的平均温度、换热系数和摩擦系数的影响程度，并区分了它们的主次。结果表明：对平均温度影响程度最大的是通道高度d，对换热系数影响程度最大的是内角α，而对摩擦系数影响程度最大的是通道高度d。接着，比较了不同液冷板结构的热性能、水力性能以及场协同系数，并以综合评价指标衡量其整体性能，综合分析得到了最优液冷板模型。此外，探究了冷却介质对液冷板性能的影响。 最后，根据前面章节得到的最优液冷板模型，开展了对电池模组液冷散热的仿真研究。其中，通过对电池组布置形式、冷却液进出口位置进行了优化设计，从中得到了最为合理的电池组布置形式。其次，研究了冷却液的质量流量、入口温度和电池放电倍率对电池组散热效果的影响。 |
| 作者： | 朱臆霖 |
| 专业： | 机械工程;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 |
检索历史
应用推荐
