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新能源汽车动力电池热分析与系统恒温方案研究
| 论文题名： | 新能源汽车动力电池热分析与系统恒温方案研究 |
| 关键词： | 新能源汽车;动力电池;电池恒温方案;散热系统;相变材料 |
| 摘要： | 锂电池由于出色的综合性能已被广泛应用于新能源汽车行业，但其对温度的敏感性所导致的热失控、充放电性能衰减、循环寿命衰退等问题仍限制着新能源汽车的推广和应用。基于此，本文提出了兼顾冷却散热和预热保温的动力电池恒温方案，分析了磷酸铁锂电池的产热特性，并对电池恒温方案的温控性能进行了数值仿真研究，主要工作如下： （1）针对方形磷酸铁锂电池，对单体电池内阻进行了荷电状态影响的分析，曲线拟合后通过仿真实现对电池不同放电倍率条件下产热特性的动态分析。 （2）针对高倍率充放电下的电池冷却问题，对比了四种不同散热方式的冷却性能，发现使用相变材料（PCM）可以有效提高电池组均温性，但其冷却能力会因热量无法及时释放而在多个循环下失效，因此，为了解决相变材料多次循环后冷却能力失效的问题，本文将微通道液冷与PCM结合，提出了一种耦合散热系统，利用PCM蓄热特性降低电池的组间温差，并通过主动液冷系统回收PCM潜热。考察了冷却板内冷却液流向、流道弯道数量和冷却板PCM厚度对耦合散热系统冷却性能的影响，并对这些参数进行了优化，相比于初始设计，优化后模型可有效提高PCM潜热的回收能力并降低电池组温差。 （3）针对寒冷环境下电池组再启动困难的问题，提出了一种利用热流体为主电池组加热、相变材料为辅电池组保温的预热保温系统。在主电池组中，研究了热流体入口速度、入口温度与复合相变材料混合比等因素对预热系统加热性能的影响特性，并分别确定了各因素最佳参数。对辅电池组保温性能进行了敏感性分析，并优化了电池间距，优化后模型相比初始模型延长了保温时间，提高了均温性，并降低了电池组重量。 （4）对典型工况下电池恒温方案进行了模拟分析。结果表明本文所提出的电池恒温方案具有良好的散热、加热和保温性能，在30℃环境中连续三个充放电循环周期内将电池组最高温度和温差分别控制在44.68℃以下与4.38℃以内；在-10℃环境中，可在1090s内将电池组最低温度升至10℃，且利用相变材料的潜热可将辅电池组保持在0℃以上29580s，同时保温过程中最大温差低于4.27℃。 |
| 作者： | 王雨 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 唐豪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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