本文選題：電池成組　切入點：熱管理　出處：《吉林大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著能源可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護要求越來越高,電動汽車已經(jīng)成為主流發(fā)展趨勢。動力電池作為電動汽車的動力能源,且對溫度的變化比較敏感。電池熱控和電池包溫度一致性是電動汽車使用性能、壽命和可靠性的重要保證。在動力電池的熱特性及熱管理的研究中,為保證電池的性能,既要保證電池工作在適宜溫度,也要控制電池間的溫差在合理范圍內(nèi)。因此,電池成組換熱結構的高效傳熱和熱管理系統(tǒng)研究越來越受到關注,并在大容量、高功率動力電池系統(tǒng)中成為重要的技術關鍵。研究工作總結了電動汽車動力電池成組及其熱管理的應用技術和研究現(xiàn)狀,并在此基礎上對熱管理技術的國內(nèi)外研究及應用進行歸納分析。大容量、高強度電池組是保證電動汽車具有足夠續(xù)航里程的基礎,其熱管理也逐漸由傳統(tǒng)的風冷方式發(fā)展為液體冷卻。液體流動換熱具有較高的傳熱能力,這不僅可以解決電池高效冷卻,便于寒冷氣候條件下的預熱,還可以利用液流循環(huán)實現(xiàn)多熱力系統(tǒng)關聯(lián)集成。研究工作針對電池成組的液體熱管理方式,設計了四種典型的電池成組結構及其換熱結構,在現(xiàn)有電池組基礎上盡量實現(xiàn)輕量化和高效換熱能力,保證其具有良好的電池熱管理效能。研究工作主要圍繞電池成組及其液體換熱結構進行模型建立與分析,包括物理建模、計算方法、仿真分析和分析評價等。對圓柱電池組設計了軟接觸結構及其強化傳熱結構和電池組高導熱片圍繞非內(nèi)流型傳熱結構,對于片狀電池組設計了電池扁管束層疊結構和片狀電池組高導熱片夾層非內(nèi)流型傳熱結構。對各電池組及其換熱結構進行CFD設計計算,研究其基本熱管理性能、溫控性和溫度一致性,以及分析不同條件下電池組的溫度場分布和散熱性能,并對散熱結構進一步修改確定。通過仿真模擬電池組溫度場和實驗結果進行對比分析,結果表明兩者吻合良好,說明所采用的模型計算方法是有效可行的。圓柱電池而言,在所設計的電池軟接觸面?zhèn)鳠釓娀Y構的熱管理過程中,電池表面溫度熱控性能可保證中、低倍率放電時的電池熱管理工作能力。非內(nèi)流型高導熱片傳熱結構,具有良好的輕量化特點和減少內(nèi)部液流程,隨著導熱片厚度增加,換熱能力不斷增強;電池表面鑲套高導熱片套后,電池熱控能力會進一步增強,而且電池周邊溫均性也有所提升。研究表明,當鑲套高導熱片達到一定厚度時,其對溫均性影響相對減弱;在一定的冷卻液流量變化范圍內(nèi),進一步增大流量已對電池傳熱性能影響不明顯,因此液流電池包換熱結構熱管理具有低流量特性,可以保證較小流動阻力;冷卻液入口溫度越低,電池組溫度降低越快,但是降低冷卻液進口溫度將會導致成組電池間的溫度一致性和電池表面的溫度均勻性下降。因此,電池組入口溫度調(diào)控策略必須兼顧電池溫度一致性和溫均性,并應與換熱結構的傳熱速率有效配合。片狀電池而言,基本的管束層疊結構可有效達到電池組的溫控作用。放電倍率越大,平衡時的電池表面溫度也越高,同時也易于形成較大的電池表面溫差,導致電池表面溫均性和電池間溫度一致性變差。通過在電池扁管束層疊結構的電池表面貼合纏繞高導熱片,有效提高電池表面周邊的傳熱能力,不僅溫均性提高,而且溫度一致性也明顯上升。同樣,片狀電池成組的非內(nèi)流型高導熱片傳熱結構,不僅具有良好的電池包輕量化和減少內(nèi)部液流程的特點,而且表現(xiàn)出良好的熱控性能。高導熱片厚度越大,電池表面的溫均性和電池間的一致性越好;冷卻液流量和入口溫度對片狀電池熱控性能影響與前述圓柱電池成組結構具有相近趨勢和作用特征。
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【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U469.72

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本文編號：1594095