基于变截面流道的动力电池组液冷系统设计及优化

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随着社会的发展,汽车工业取得了极大的进步,而环境污染逐渐加剧以及化石能源日益紧缺,新能源电动汽车产业得到了广泛的关注。动力电池是电动汽车的关键部件,其工作性能和生命周期影响到整车性能,而温度会直接影响电池的各项性能。当电池持续高倍率放电或者在高温环境工作时,如果电池未采取有效的散热方式,电池的各项性能会快速衰减,甚至导致电池热失控。为了使电池包处于适宜的工作温度范围,即必须设计高效的电池热管理系统。本文为一款纯电动汽车液冷式电池热管理系统进行设计,采用数值模拟的研究方法对电池液冷系统进行设计及优化。论文的主要工作内容如下:(1)研究锂离子电池的传热与生热机理,通过HPPC测试方法得到不同温度下电池直流内阻特性以及OCV-SOC特性曲线。根据电池材料参数以及测试数据计算电池热模型需要热物性参数。(2)根据CFD理论知识,建立电池单体热仿真模型,在STAR-CCM+中对电池进行瞬态仿真热分析,同时研究了电池在不同放电倍率、不同对流工况以及不同环境温度下温度变化特点。通过分析可知电池在高倍率放电或者高温环境工作时,需要对电池采取合理的散热措施。(3)为提高电池组液冷系统的性能,设计了变截面流道冷却板,通过改变进出口处流道高度来分析对液冷系统的性能变化规律,同时分析了冷却液流量以及冷却板流道布置形式对电池组液冷系统性能的影响。(4)通过正交设计优化变截面流道液冷系统性能,得到各因素对评价目标的影响程度,由大到小的顺序为:冷却液流量(qm),冷却板流道布置形式(S),进口处流道高度(Hi),出口处流道高度(Ho)。同时分析获得电池组热管理系统最佳组合为进口处流道高度6mm,进口处流道高度2mm,冷却液流量为5L/min,冷却板流道布置形式为结构E,系统综合评分提升61.4%。分析了优化后液冷系统在不同环境温度的冷却性能。在高温工况下,电池组平均温度在697s降到35℃,而电池组最高温度在1270s降低到35℃,电池间均温差小于1℃,系统达到冷却性能要求。
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