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电动车动力电池热管理系统设计优化与试验研究

田青  
【摘要】:动力电池作为新能源汽车的核心部件,随着我国新能源汽车产业的爆发而迎来了高速发展期。动力电池热管理系统(Battery Thermal Management System,BTMS)是电动车动力电池系统的重要组成部分,它直接影响动力电池的性能、循环寿命及使用安全等,是电动车整车热管理最重要的组成部分。随着国家政策的大力推进及市场的广泛应用与推广,对电动车电池系统热管理的要求也逐步提高。目前电动车辆上使用的动力电池多为锂离子电池,且是由多个单体电池通过串并联方式组成电池组,又称为电池包。锂离子电池在进行充放电时,内部将产生大量的热量。如果散热不及时,会导致电池局部温度快速上升,电池使用寿命大大缩短,严重时甚至会造成电池热失控,发生爆燃。因此如何提升动力电池热管理系统的综合设计水平,如何验证动力电池热管理系统的成熟度,已成为电动车产品设计开发与测试验证的热点和难点问题。本文基于实际工程应用案例的某款动力电池热管理系统设计开发及试验验证过程,重点研究动力电池热管理系统的设计优化及试验测试技术,主要研究内容如下:(1)在文献综述的基础上,重点研究了动力电池热管理系统开发的背景、现状,提出动力电池热管理系统设计优化与试验测试的方法及意义,概述动力电池热管理系统的发展及研究现状。(2)研究动力电池热管理系统的构造、工作原理、分类及其特点,提出动力电池热管理系统结构优化流程,基于动力电池热管理系统的功能要求,提出动力电池热管理部分结构设计优化方案。(3)根据项目实践研究的某款动力电池热管理系统的主要设计参数,通过对动力电池热管理系统建模与仿真设计,重点研究动力电池热管理系统的冷却介质的流量、加热及散热关键工况,进一步优化动力电池热管理系统关键部件参数,本次研究重点通过对冷却系统水冷板结构改进优化,改善了冷却流道的通畅性,明确关键部件选型依据。(4)依据系统仿真优化结果,对动力电池热管理系统开展试验测试技术研究,提出动力电池热管理系统的优化方案,结合该款电池开展试验测试,并将试验测试结果与相关的建模仿真结果进行对比分析,综合得出动力电池热管理系统设计优化的合理性。本次研究的结构改进方案,经过流场与温度场仿真验证,验证了优化改进结果,电芯温差降低2℃,最高温度降低1.6℃,有效地改善了该款电池的热管理系统。本人在工作单位中重点负责动力电池的热管理系统的性能验证和优化,对新产品投放市场前进行售后技术支持预评估,对批量车型搜集并分析售后问题,提出改进建议,为用户做好售后服务工作。经过预评估用户的反馈,本单位的该款动力电池热管理系统还有进一步的优化设计空间,由此,本研究如上所述进行了产品结构的优化和试验验证,以满足电动车动力电池冷却性能不断改进提高的需要。本次课题所专项研究的冷却板结构优化改进,也是特别针对电池包液冷系统中最关键、最重要的零部件之一进行的优化。其所改进并验证的该结构参数,已经正式进入企业技术更改系统数据库(AVON),可以给后续新车型的电池热管理系统结构设计以数据支撑。


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