充電焦慮是影響新能源汽車發(fā)展和普及的主要原因之一,大功率快速充電技術(shù)具有功率高、充電時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn),近年來發(fā)展迅猛,已成為國際研究熱點(diǎn)之一。當(dāng)大功率充電連接器處于高電壓、大電流時(shí),溫升會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速增加引起熱安全問題,難以滿足長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用的要求。本文設(shè)計(jì)了一種適用于大功率充電的冷卻系統(tǒng),理論和實(shí)驗(yàn)研究了冷卻系統(tǒng)的換熱特性,主要內(nèi)容如下:（1）建立了充電電纜生熱的數(shù)學(xué)模型,仿真得到了加載電流、線芯截面積和電纜長(zhǎng)度等參數(shù)對(duì)充電電纜熱損失功率的影響規(guī)律,設(shè)計(jì)了一種能快速散熱的冷卻系統(tǒng),對(duì)冷卻系統(tǒng)的流量和溫升進(jìn)行了理論計(jì)算和分析,考慮冷卻系統(tǒng)的尺寸、重量?jī)蓚�(gè)性能指標(biāo),對(duì)冷卻系統(tǒng)整體布局進(jìn)行了合理布置。（2）基于熱力學(xué)方程理論推導(dǎo)了充電電纜的傳熱模型,并建立帶有冷卻流道的充電電纜三維仿真模型,仿真研究了不同工況下冷卻液流量、入口溫度和冷卻管結(jié)構(gòu)等參數(shù)對(duì)充電電纜內(nèi)部溫度場(chǎng)分布的影響規(guī)律,結(jié)果表明:充電電纜溫度隨著加載電流的增大而升高,隨著冷卻液流量和冷卻管數(shù)量的增加而降低,隨著冷卻液入口溫度的降低而降低,當(dāng)采用中心冷卻的布置方式時(shí),充電電纜最高溫度降低約16.4%。（3）建立了帶冷卻回路的大功率... 

【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

用戶期望充電時(shí)長(zhǎng)分布

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文1第一章緒論1.1課題背景及意義本課題來源于市產(chǎn)學(xué)研預(yù)研資金項(xiàng)目和企業(yè)橫向科研項(xiàng)目(1871110109)：大功率充電連接器冷卻系統(tǒng)研發(fā)。能源和環(huán)境是目前人類面臨的最大挑戰(zhàn)，目前新能源在全球各國得到廣泛利用與研究，發(fā)展新能源汽車是推動(dòng)節(jié)能減排的有效舉措[1,2]，已經(jīng)成為我國生態(tài)文明建設(shè)的必要措施之一。影響新能源汽車發(fā)展的兩大主要因素是里程焦慮和充電焦慮，隨著新材料的研發(fā)與電池?zé)峁芾砑夹g(shù)的突破，新能源汽車?yán)m(xù)航里程逐漸提高，乘用車由最初的短途行駛已經(jīng)提升到了長(zhǎng)途行駛，電動(dòng)汽車的里程焦慮問題基本解決。而充電焦慮受充電元器件功率、溫升過高等問題影響，一直未能有較成熟的解決方案，嚴(yán)重制約著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。交流充電受車載充電裝置功率的限制（通常為3.5kW/7kW），充電效率較低，充電時(shí)間長(zhǎng)，一般需要6～10小時(shí)；直流充電通過充電機(jī)整流后為新能源汽車快速充電，充電機(jī)功率較大（通常為45～60kW)，充電速度較快[3]，但兩種充電方式的充電時(shí)間都遠(yuǎn)超1小時(shí)，難以滿足消費(fèi)者對(duì)充電時(shí)間的需求，如圖1.1所示，根據(jù)調(diào)查72%的用戶希望30分鐘內(nèi)汽車電池可以充滿80%的電量，因此迫切需要發(fā)展大功率快速充電技術(shù)。圖1.1用戶期望充電時(shí)長(zhǎng)分布Fig.1.1Distributionofconsumer"sexpectedchargingtime圖1.2大功率充電技術(shù)特點(diǎn)Fig.1.2Characteristicsofhighpowerchargingtechnology

大功率充電連接器冷卻系統(tǒng)換熱特性研究2目前關(guān)于大功率充電技術(shù)未有明確的定義，新能源行業(yè)普遍認(rèn)為大功率充電技術(shù)的特點(diǎn)是高電壓、大電流、輸出功率超過350kW，當(dāng)采用大功率充電技術(shù)時(shí)，應(yīng)滿足續(xù)航里程400km所需充電時(shí)間不超過12min，具體參數(shù)特點(diǎn)如圖1.2所示。根據(jù)焦耳定律，可以從電流和電壓兩方面提升充電連接器的功率。（1）考慮電壓方面，假設(shè)提升到1000V，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18487.1-2015是能夠覆蓋的，但在元器件的耐壓、絕緣等方面，需要重新設(shè)計(jì)；（2）考慮電流方面，當(dāng)充電系統(tǒng)承載200A以上的高電流時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)電流的熱效應(yīng)將會(huì)成倍增加，充電系統(tǒng)的溫升會(huì)非常明顯，若散熱不暢，可能會(huì)造成較大的安全事故[4]。為滿足充電連接器使用要求，充電過程中溫度超過90℃必須采取冷卻措施，因此，世界各國都在積極研發(fā)更有效的冷卻措施。目前，比較成熟的方案是在大功率充電連接器電纜內(nèi)部采用冷卻措施，不僅可以迅速將電纜溫度降到70℃以下，而且電纜的重量、粗細(xì)程度也有所下降，圖1.3為采用冷卻措施的充電連接器。圖1.3采用冷卻措施的充電連接器Fig.1.3Chargingconnectorwithcoolingmeasures1.2液冷技術(shù)發(fā)展概述1.2.1液冷技術(shù)工作原理液冷技術(shù)主要是指利用低溫液體對(duì)高溫?zé)嵩磽Q熱的冷卻技術(shù)。其原理是利用液體與發(fā)熱元器件進(jìn)行直接或間接換熱從而在流動(dòng)或者蒸發(fā)過程中帶走熱量從而降低發(fā)熱元器件溫度[5]。根據(jù)文獻(xiàn)資料[6]，液體的強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)和比熱容遠(yuǎn)高于氣體，水的強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)是空氣強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)的幾十甚至百倍以上，因此采用液體

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