【摘 要】
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随着全球经济的快速发展,环保理念逐步深入人心,新能源电动汽车产业的发展受到越来越多的关注。而电动汽车的核心部件是电池组,需要引入热管理系统保证电池组在合适的温度范围内工作。其中,液冷系统是电池热管理的重要方式。并行微通道冷板具有换热效率高、能耗小、结构紧凑、封装性好等优点,因而在电池热管理中应用广泛。然而,并行流道结构容易存在流量分布不均匀的问题,从而影响冷板的冷却性能。已有研究主要采用经验或者基
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随着全球经济的快速发展,环保理念逐步深入人心,新能源电动汽车产业的发展受到越来越多的关注。而电动汽车的核心部件是电池组,需要引入热管理系统保证电池组在合适的温度范围内工作。其中,液冷系统是电池热管理的重要方式。并行微通道冷板具有换热效率高、能耗小、结构紧凑、封装性好等优点,因而在电池热管理中应用广泛。然而,并行流道结构容易存在流量分布不均匀的问题,从而影响冷板的冷却性能。已有研究主要采用经验或者基于参数试配的方法对冷板进行设计,尚未形成通用有效的优化设计方法。针对这一不足,本文围绕面向电池热管理的并行微通道冷板的参数影响规律、结构设计方法和快速计算模型等方面展开探究,主要完成了如下研究工作:(1)采用数值模拟方法研究不同流型(Z型、U型和I型)并行微通道冷板的性能,并通过实验验证了数值方法的准确性。通过调整边宽、改变出口歧管宽度和对称构造等方式,显著提高了冷板的性能。在不同流量下,相比于原始I型流道冷板,结构设计使冷板的温差和能耗分别减小44%和71%以上。无量纲分析结果表明,进口温度和加热功率不影响并行微通道冷板的最佳结构。(2)将冷板用于电池组冷却,并分析了冷板流道和电池排布的相对方向对电池温度的影响。研究结果表明,并行流道方向和电池排布方向保持垂直,有助于降低电池温度和温差;相比于原始系统,采用设计的对称I型流道冷板电池组的温差和冷板能耗分别减小了83%和74%。(3)针对冷却大规模电池组的并行微通道冷板,构造二次对称结构,并进一步通过改变出口段位置,显著提高冷板的冷却性能,同时降低冷板的能耗。在不同进口质量流量下,相比于采用原始冷板的电池热管理系统,设计的冷板使电池温差和冷板能耗分别减小了77%和82%以上。(4)针对不同流型的并行微通道冷板,建立了用于流道速度计算的流阻网络模型。研究结果表明,模型结果与数值模拟结果吻合得很好,模型结果的最大偏差为9.4%。建立的流阻网络模型为并行微通道冷板的性能评估和优化设计奠定了基础。
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