锂离子电池组微通道冷却系统传热特性研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:weiwen1982
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随着环境与能源问题的日益严峻,发展新能源汽车已经成为降低汽车工业石油依赖、降低排气污染的重要途径。动力电池作为电动汽车的动力源,其性能将直接影响到电动汽车的运行和可靠性。电池在电动汽车运行时将会产生大量的热量,如果电池工作时没有得到有效的散热,将会造成电池温度过高,温度分布不均匀等问题,从而对电池的性能产生严重的影响,甚至引起热失控等安全问题。因此,进行合理、安全的电池热管理十分必要。本文采用微通道冷却板为锂离子电池组的散热器,通过数值仿真与实验结合的方式来分析锂离子电池的散热情况。  本文以方形锂离子电池为研究对象,利用COMSOL软件将一维电化学模型和三维热模型耦合在一起,分别研究了锂离子单体电池在五种放电倍率、五种对流换热系数、四种环境温度条件下的电池表面温度特性。同时分析了电池发热量和电流之间的关系,拟合得到了单体电池的发热量与电流的经验关系式。  其次,针对电池的温度特性,设计了平行直通道、30°分叉树形微通道和60°分叉树形微通道共三种电池冷却板形式,并采用数值模拟的方法研究了冷却板对电池组散热性能的影响。模拟结果显示,在三种不同通道结构的冷却板中,30°分叉树形冷却板具有较好的散热性能以及流动特性。在汽车电池常用的工况如放电倍率为1C且环境温度为28℃时,电池组的最高温度为33.92℃,最大温差为3.41℃,冷却液进出口压降为3763Pa。  最后,本文通过搭建微通道冷却板散热实验系统,对以上三种冷却板进行了实验研究,并将实验结果与相应条件下的模拟结果进行了对比分析,结果发现模拟结果与实验结果基本吻合,两者误差在允许范围内。进而对30°树形微通道与60°树形微通道的散热性能进行了实验对比,分析结果显示随着入口流量的增大,冷却板的平均温度越低,流体进出口压降越小。另外,30°树形微通道相对60°树形微通道换热性能更强。当入口流量为14.8g/s时,30°树形微通道比60°微通道的平均温度低0.85℃,压降低96Pa。
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