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基于液冷与相变复合冷却分支翅片结构的电池热管理系统优化设计
| 论文题名： | 基于液冷与相变复合冷却分支翅片结构的电池热管理系统优化设计 |
| 关键词： | 电动汽车;锂离子电池;热管理系统;金属翅片;相变材料;散热性能 |
| 摘要： | 为了解决能源危机和环境污染问题，发展更加环保和节能的电动汽车已成为全球的共识。其中锂离子电池作为电动汽车的核心部件之一，其安全性和续航等问题受到了人们更多的关注。而电池的性能受其工作温度影响较大，电池易发生热失控现象，特别是在极端的工作条件下。因此，为了确保电池可以高效运行，对电池热管理系统进行研究具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文以 18650 锂离子电池为研究对象，基于相关的热特性理论得到电池在不同放电倍率下的发热量；依托传统金属翅片和相变材料复合的电池热管理系统进行强化传热实验和CFD模型验证；然后，基于传统金属翅片结构，提出9种新型分支翅片结构并进行优选，分析与相变材料复合的优选翅片结构参数对电池散热性能的影响，得出最优翅片结构和相关参数；最后，对构建的电池组进行热特性研究，以提升电池组的散热性能。主要研究内容如下： 首先，对锂离子电池的热特性理论进行全面介绍，依据相关的热特性理论得到电池在各放电倍率下的发热量，为后面的仿真模拟提供参考依据。 其次，构建传统金属翅片与相变材料复合的电池热管理系统，并搭建实验平台，验证了CFD模型的可靠性。同时，基于传统金属翅片结构，提出9种新型分支翅片设计方案，并对比分析了 9 种新型翅片与传统金属翅片的散热性能，并进行了优选。在考虑不同换热系数的作用下，分析了优选翅片的横向翅片覆盖区域、横向翅片数量、内外弧翅片、横向翅片弧长和横向翅片厚度对电池散热性能的影响，得到最优翅片结构和相关参数。 然后，分析了液冷板的进口和出口位置对电池组散热性能的影响；对液冷板结构进行单因素敏感性分析，得到液冷板结构敏感性较高的结构参数；对得到的敏感性较高的结构参数进行多目标算法寻优，获得复合冷却条件下液冷板的最优结构。 最后，基于复合冷却最优结构和最优翅片的基础上，研究并分析了添加不同结构金属翅片的方式、环境温度和进口质量流量对电池组散热性能的影响。 |
| 作者： | 鲁福 |
| 专业： | 机械工程 |
| 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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