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原文传递混合动力车用镍氢电池散热系统研究

论文题名：	混合动力车用镍氢电池散热系统研究
关键词：	混合动力车;镍氢电池组;散热系统;结构设计
摘要：	随着环境和能源紧缺问题日益突出，混合动力车成为全球汽车产业在节能和环保发展领域迄今为止最为可行的技术。众多汽车公司纷纷涉足相关领域的技术开发。混合动力车的性能受制于电池组的性能，而电池组的性能与温度密切相关。混合动力车用镍氢电池散热系统的目标为：将电池的工作温度控制在其最佳范围20 oC～40 oC，模块间的温差在5 oC以下，从而保证电池组的性能，延长其寿命。本论文主要的工作如下：（1）通过镍氢电池单体实验，获得单体电池在充放电过程中的发热特性。镍氢电池的充电过程是放热反应，电池温度逐渐升高；后期析氧反应放出大量热量，温度上升得更快。放电过程温度变化取决于电流。为了借助软件方法设计符合条件的电池组，需要事先建立电池的传热模型。为此在实验及理论分析的基础上，得到单体电池的热物理参数，建立电池单体的工作状态下的传热模型，并编程进行了模拟，模拟结果与部分实验结果比较吻合。（2）电池组结构在应用时受制于车体的空间结构。为了给混合动力车提供结构紧凑，散热条件好的蓄电池单元，设计了梅花形电池组。梅花形电池组由5 个长条形模块构成梅花形，构成总电压为36V的蓄电池单元。在设计时，为了利用导热方法散热，支撑采用金属材料，在电池和支撑之间布置高导热绝缘的垫片。但是，由于工艺的问题，模块的同心度有欠缺，因此对垫片的形式及其对导热效果的影响进行讨论。由于实际车辆运行时的充放电情况很复杂，因此在分析电池组散热效果时，模拟比较极端的充放电情况。从模拟结果看，强制对流条件下，电池的工作温度和温差都能够满足电池散热需要。（3）为了验证设计并改进电池组，进行梅花形电池组样机实验。从实验结果看，风扇打开时，电池的平均温度、强制散热的温降和软件分析结果相差不大，但模块间的温差要比软件分析大得多。工作温度可以满足要求，但温差大于5 oC，仍需要对电池组结构进行改进。由于流道较短，电池周围流速基本均匀，但流体温度逐渐升高，造成近风扇侧的强制对流换热效果较好，应该减小下游支撑的通孔面积，增加下游的流速。气流扫略面积代表其对模块的对流换热能力，应该均匀布置支撑上的通孔。大电流充放电时，电池温度上升不可避免，利用强制对流的手段不能及时带走电池的热量，但仍能对电池散热起到一定的作用。（4）在可用的空间较大的情况下，可以使用电池数更多的电池组，为此设计了波浪形电池组。波浪形电池组是包括20个长条形模块，总电压为144V的蓄电池单元。其进风处箱体为波浪形结构，以减小流体能耗，且能引导更多的气流参与内部模块散热；上方箱体采用方形结构，强化边缘模块换热。进口气流分成两股，分别冷却进风口右上角和右侧的电池。进口通道沿流动方向逐渐减小，既增加了下游的风压，又保证气流按模块均匀分配。从软件模拟结果看，强制对流条件下，电池的工作温度和温差都能够满足电池散热需要。
作者：	楼英莺
专业：	机械与动力工程
导师：	王文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文