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原文传递车载移动储能电池系统液冷散热结构设计及优化

论文题名：	车载移动储能电池系统液冷散热结构设计及优化
关键词：	车载移动储能电池系统;液冷管道;结构优化;散热性能
摘要：	车载移动储能方舱可用于人类生产和生活的各个领域，包括交通运输、工业生产和家庭用电等。特别是在紧急场合或远程施工等特殊环境中提供便利的能源供应，可以降低能源供应的成本，提高经济效益。电池是储能系统的关键设备，其内部的温度和均衡性直接影响到电芯组的储能效率。储能电池系统在工作中温度过高时，其化学反应容易失控，导致电池内部发生爆炸或火灾等严重后果，而且电池系统中不同部位的温度差异也会影响电池的性能稳定。因此对电池系统内部温度和均衡性的研究具有重要意义。　　首先，根据车载移动储能电池系统的设计参数要求，挑选符合条件的电池型号，并进行储能电池系统的配比计算，再确定由单体电池到电池组再到电池包的连接方式，以达到储能系统的电池包容量、输出电压、存储电能；并分析锂离子电池的结构、发热行为及产热机理；通过试验探索环境温度对电池充电/放电性能的影响，采用混合脉冲功率特性法（HPPC）测试锂离子电池内阻，对测量所得到的数据进行多项式拟合，用于热仿真内热源代码的编写，为后文电池温度流场的发热仿真提供数据基础。　　其次，运用计算流体力学及传热学相关理论基础，构建电池模组的发热、传热数学模型和有限元数值模型；通过理论分析计算电池模组的热物性参数，在自然对流条件下对电池模组进行不同放电倍率的产热进行数值分析，并搭建电池模组温升实验台，明确了该模组在不同环境温度和不同放电倍率下的生热特性，证明了电池模组发热模型的准确性，为后文电池模组的液冷管道布置奠定了理论依据。　　再次，以前文所设计的电池模组为研究对象，根据散热需要设计了六种冷却管道结构。通过对比不同冷却管道结构对电池模组最高温度、温差以及压降的效果分析，发现冷却管道结构二的冷却性能更好。并且对冷却管道结构二的冷却液入口流速、温度及冷却管道横截面的长度、宽度等因素对冷却效果的影响进行分析，为后文对冷却管道结构的优化设计提供有力的参考。　　最后，通过改变电池模组液冷管路流道尺寸，以优化液冷板的散热性能。将液冷板的流道横截面的长度、宽度以及冷却液入口流速作为液冷板优化设计变量；将电池组的温差及液冷管路的压降作为目标函数，用来评价液冷板的散热性能；运用多目标优化遗传算法NSGA-Ⅱ对实验中得到的样本点进行优化设计，最终得到了液冷管道的最优结构参数：冷管道横截面长度为52.820mm，横截面宽度为2.7146mm，冷却流速为0.06695m/s。优化后的结果：相对于与原始工况储能电池的温差值升高了0.5℃，液冷板的压降降低了 1313.96Pa，优化效果显著。此外，还对储能电池系统中电池包的冷却管道连接进行了不同方案的设计，并通过仿真计算和流场分析对不同管路连接方案进行了详尽的研究和分析，最终确定最佳冷却管道连接方式为方案一的进出口位置呈Z字形布置的并联管路连接。
作者：	郄博智
专业：	工程(车辆工程)
导师：	谭伟;姚祖明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2023