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原文传递瑞士卷型液冷微通道动力电池热管理结构设计与优化

论文题名：	瑞士卷型液冷微通道动力电池热管理结构设计与优化
关键词：	电动汽车;液冷微通道;锂电池;热管理
摘要：	电动汽车在上坡和加速行驶时，通常需要电池模组高倍率放电以满足其行驶需求。如果不及时消除热量，在温度过高和热均匀性较差的情况下，电池模组的寿命和性能可能会降低，甚至会引起热失控。因此，降低电池模组的最高温度和温差对纯电动汽车的行驶安全和电池寿命具有重要意义。本文针对煜禾森无人物流运输小车电池模组散热问题提出了一种瑞士卷型电池热管理系统（BTMS），从单体电池实验与仿真、瑞士卷型电池模组结构设计和冷却带布置高度优化这三个方面对瑞士卷型BTMS展开研究，主要的研究内容如下：　　（1）瑞士卷型电池模组以18650圆柱形锂离子电池为基础，测试了锂离子单体电芯在不同环境温度下的欧姆内阻、荷电状态（SOC）、及其在常温不同倍率下的温升，获得了单体锂电池的温升特性。之后使用计算机流体动力学（CFD）软件模拟单体电芯发热情况，经过比较发现与对应测试点的温度差值不超过0.3℃，验证了仿真模型的准确性。　　（2）根据煜禾森无人物流运输小车正常行驶的功率需求，计算得到电池模组所需单体电芯数量，设计了由32颗18650锂离子单体电芯组成的瑞士卷型液冷微通道热管理结构，探究了瑞士卷型液冷微通道的结构参数和流动参数对其散热特冷的影响规律。　　（3）研究了冷却带的布置高度、厚度两种结构参数以及冷却液的种类、入口温度和冷却液流速参数对瑞士卷型液冷微通道BTMS的影响。研究发现，冷却液的高度越高，电池模组的最高温度和温差越低；冷却带的厚度越薄，电池模组的最高温度越低；若不考虑低温结冰对冷却液状态的影响，采用纯水做冷却液的电池模组的散热效果最佳；冷却液入口流速越高，电池模组的冷却效果越好，当冷却液的流速为4.5g·s-1时，电池模组的最高温度和温差分别为304.4K、3.5K；冷却液的入口温度和电池模组的最高温度呈线性关系，入口温度越高，电池模组的温度越高。　　（4）基于上述研究可知，有四个主要因素影响电池模组的散热效果，为了判定这四个控制因素的重要性顺序，同时为了减少试验次数，采用四因素四水平的正交试验方法研究这四个因素（A为冷却带布置高度、B为冷却液的入口流速、C为冷却带的壁厚、D为冷却液入口温度）对电池模组散热效果的敏感性，结果表明冷却液的入口流速是电池模组散热效果最重要的控制因素，而冷却带壁厚影响最小。　　（5）由于BTMS组件必须要和汽车的其他零部件竞争体积空间，因此有必要优化冷却带的布置高度。优化之后的结果表明：方案B4D4A3C2是电池模组的最佳参数组合，此外与其他研究者优化后的蛇形流道BTMS相比，瑞士卷型BTMS的最高温度、温差和冷却带布置高度分别降低了1.2K、0.2K、和10mm。　　因此，本文提出的瑞士卷型电池模组可以实现更低的最高温度和更好的热均衡性，更有利于大规模动力电池模组的热管理。此外，冷却带布置高度的优化研究也为电池模组的轻量化设计提供了参考。
作者：	黄汶岐
专业：	工程(车辆工程)
导师：	祁文杰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2023