往复式循环液冷与平面热管结合的动力电池热管理系统热均匀性研究

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为了应对环境污染、能源紧张的问题,世界各国都在大力发展新能源汽车。用新能源汽车代替传统燃油车,可以优化能源结构、减少污染物排放。电动汽车作为新能源汽车的重要一环,受到广泛关注。“三电”技术是制约其发展的主要原因,尤其是作为动力源的动力电池系统,其安全特性和使用性能极大影响新能源汽车的安全与使用,是电动汽车发展的关键问题之一。基于此,本文研究了一种应用循环冷却策略的平面热管与液冷结合的热管理构型对动力电池系统热均匀性的影响。首先研究锂离子电池自身产热以及传热特性,在Comsol中进行锂离子电池在不同充放电工况下仿真分析,并且与同等工况下的电芯实验温度数据作对比分析,验证获取的温度数据的准确性,为下一步的仿真提供数据基础;其次,研究某公司的液冷型电池模组在高倍率放电工况下的热特性参数,提出基于平铺平面热管与液冷结合的热管理方案,结果表明改进后的热管理系统可以使得电池模组的最大温升下降15%以上,最大温差下降50%以上,效果显著。但是改进后的基于平铺平面热管与液冷结合的热管理方案会导致单个电芯的温差扩大,影响单个电芯的温度均匀性。基于上述研究,本文提出平面热管&液冷型热管理系统的参数优化设计。确定了将平面热管布置在电芯之间的热管理方案,通过对热特性参数、阻力系数、速度均匀性系数三个方面研究冷却流道形式对热管理效能的影响;然后通过正交分析方法探究了平面热管结构参数对电池模组热均匀性的影响,进而获取较佳的热管理系统构型方案;最后研究冷却液往复切换时间(τ)对电池模组影响的灵敏性分析;为了验证上述研究模型的准确性,本文利用AMEsim对电池模组的1D模型进行分析,并与3D仿真结果进行对比,结果表明1D和3D仿真结果误差在5%以内。最后搭建了基于热管理优化构型的动力电池系统模型,并对其在不同工况以及往复切换时间(τ)下的温度特性进行分析,最后讨论了往复切换时间(τ)对动力电池系统热均匀性的灵敏性分析。
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