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基于平板热管的电动汽车动力电池液冷式热管理系统散热性能研究

李仁政  
【摘要】:我国传统汽车产业的迅速发展,加剧了能源供需矛盾与环境污染问题,大力发展电动汽车,减少污染物排放,调整能源结构是我国的重要发展方向。作为电动汽车动力源,动力电池的使用性能与安全性直接决定了电动汽车整车使用性能与安全性。动力电池工作性能与安全性与温度密切相关,温度过高或过低会造成寿命衰减过快。同时超过所能承受的上限温度时,会引发起火爆炸等危险事故,严重威胁乘客的生命安全。因此,对动力电池系统进行高效热管理至关重要。本文分析了锂离子电池结构组成特点、产热与传热原理以及基于平板热管的动力电池液冷式热管理系统散热性能研究所涉及的流体力学相关理论,以某型纯电动轿跑所使用的38Ah方壳三元锂离子电池作为研究对象,建立了电池单体热模型,并通过试验对其进行验证,仿真数据与试验数据偏差小于5%,模型正确可靠。采用CFD仿真分析方法,基于单个电池组,分析了无平板热管仅以液冷散热时,不同放电倍率下电池组温度分布均匀性变化特点,为验证优化后的热管理系统散热效果提供参考。同时,根据纯电动轿跑原电池组结构特点,在保证高空间利用率与高能量密度的前提下,将平板热管布置在电池组内电池单体之间,对电池组温度分布均匀性进行优化。具体分析了平板热管数量、宽度尺寸对电池组最高温度与最大温差的影响,最终确定了平板热管与液冷的最优结合方式为平板热管数量为11,宽度与电池单体等宽。在此方式下,电池组最大温差相比于无平板热管时降低了44.5%。基于平板热管与液冷式热管理系统在单个电池组上的最优结合方式,提出了一种动力电池系统设计方案。分析了不同放电倍率、不冷却液进液流量、不同冷却液进液温度对动力电池系统温度分布均匀性的影响。最终分析结果显示,冷却液进液流量越大,进液温度越低,动力电池系统温度分布均匀性越好。


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