本文關(guān)鍵詞：液流循環(huán)電池成組傳熱強(qiáng)化及其整車集成熱管理研究

  更多相關(guān)文章： 電動汽車 動力艙 動力電池與電機(jī) 溫度一致性 熱交互 集成熱管理

【摘要】：動力電池、電機(jī)是電動汽車的核心部件,其工作效能與溫度緊密相關(guān),因此,高效熱管理是保障動力輸出和整車性能的關(guān)鍵問題之一。同時,電池、電機(jī)、空調(diào)等多熱力系統(tǒng)交織在動力艙內(nèi),各系統(tǒng)的熱狀態(tài)之間容易相互影響,為改善汽車熱管理性能,進(jìn)一步提升整車動力性,需要重點分析動力艙內(nèi)熱流動與交互問題。目前,為實現(xiàn)節(jié)能降耗,提高整車性能與行駛里程,電動汽車整車熱管理技術(shù)正逐步走向系統(tǒng)集成和電-熱力互補(bǔ)與協(xié)同。為突破上述電動汽車熱管理技術(shù)關(guān)鍵問題,本文在國家自然科學(xué)基金項目(No.51376079)資助下針對動力電池典型結(jié)構(gòu)圓柱形和薄片型設(shè)計制備管束軟接觸式和高導(dǎo)熱局部浸入式兩種液流換熱結(jié)構(gòu)和對應(yīng)電池模組,并進(jìn)行冷卻及預(yù)熱性能仿真與實驗。其中,對于圓柱電池模組,電池與換熱面采取彈性軟接觸,增加接觸面積和貼合程度,提升傳熱效果;片狀電池模組應(yīng)用石墨高導(dǎo)熱墊襯進(jìn)一步實現(xiàn)傳熱強(qiáng)化,提升電池溫度一致性。上述兩種液流與電池局部接觸換熱形式具有良好的冷卻效果和溫均保障,較全接觸式液流換形式進(jìn)一步實現(xiàn)輕量化。通過熱管理影響因素分析可知,液流溫度對電池溫變性和溫均性具有重要影響,較低的冷卻液溫度有利于電池冷卻過程熱量迅速的傳遞,但對電池溫均性不利。為進(jìn)一步提升熱管理過程中電池模組內(nèi)溫度一致性,提出變溫梯級冷卻方法,實現(xiàn)分步式小溫差遞進(jìn)冷卻,并針對溫段作用和時段作用的不同溫控效果進(jìn)行對比分析,通過實驗和仿真計算可以看出采用變溫梯級冷卻方法可以有效降低大溫差換熱下電池模組內(nèi)溫度波動,提升溫度一致性。同時,電池與電機(jī)熱管理工作過程與汽車動力性緊密相關(guān),通常需要設(shè)計相應(yīng)的熱管理系統(tǒng),并進(jìn)一步分析不同流程結(jié)構(gòu)的熱管理性能。為此,利用理論表征和實驗表征方法,建立基于MATLAB平臺的系統(tǒng)模型、模塊和關(guān)聯(lián)算法,結(jié)合汽車動力性計算分析工作過程的熱管理性能,包括車速、坡度,以及水泵、風(fēng)扇、工作工況等多因素的影響作用特性。此外,在建立的熱泵輔助冷卻流程下,進(jìn)一步分析對于電池的輔助冷卻作用。通過開展的相關(guān)性能預(yù)測與仿真分析,為熱管理過程準(zhǔn)確控制奠定基礎(chǔ)。此外,建立純電動汽車動力艙三維實體模型并進(jìn)行內(nèi)部構(gòu)件布局,艙內(nèi)換熱部件主要包括電池?zé)峁芾碜酉到y(tǒng)散熱器、電機(jī)熱管理子系統(tǒng)散熱器和空調(diào)系統(tǒng)冷凝器。同時,基于Matlab一維平臺利用集總參數(shù)、實驗表征和理論表征方法建立電池、電機(jī)熱管理一維系統(tǒng),以及空調(diào)仿真系統(tǒng),實現(xiàn)包含動力系統(tǒng)熱管理與空調(diào)過程的一維與三維聯(lián)合計算。并在傳統(tǒng)汽車發(fā)動機(jī)冷卻性能分析方法基礎(chǔ)上,引入冷卻常數(shù)K來衡量電動系統(tǒng)冷卻效果,進(jìn)一步提出電動汽車動力系統(tǒng)熱管理分析評價方法與衡量指標(biāo)來分析不同換熱器布局形式下的電池、電機(jī)熱管理效果以及空調(diào)系統(tǒng)性能。其中,重點揭示了動力系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)之間的交互熱影響,并分析改變液體介質(zhì)流量、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速以及換熱器位置等因素對這一交互熱行為的作用。結(jié)果表明通過換熱器布局位置的調(diào)整可以有效降低空調(diào)系統(tǒng)對于電動系統(tǒng)熱管理過程的不利影響,該章節(jié)研究工作為電動汽車動力艙熱管理性能評價與優(yōu)化提供了依據(jù)和方法。最后,開展電動汽車熱能循環(huán)應(yīng)用及其蓄能裝置探索工作,提出具有余熱回收再利用的全液流型純電動汽車集成熱管理系統(tǒng),通過液體循環(huán)介質(zhì)實現(xiàn)整車熱量整合,滿足電動系統(tǒng)精細(xì)協(xié)同熱控的同時又實現(xiàn)電動部件余熱再利用,促進(jìn)了整車電力和熱力能源系統(tǒng)集成、互補(bǔ)和協(xié)同。同時針對車載應(yīng)用快速蓄、放熱需求,設(shè)計小尺度接觸換熱式PCM相變蓄熱裝置,具有快速的相變熱傳遞速率。此外,為滿足多溫位電力單元余熱回收需求,提出多融點PCM蓄熱單元組合應(yīng)用,同時利用融點降序和升序梯級組合排列形式提升PCM單元間相變同步性,有益于進(jìn)一步提升蓄、放熱速率和效能。該章內(nèi)容僅為電動汽車熱-電整合集成熱管理工作進(jìn)行了探索性研究,未來還需將蓄熱裝置與整車及動力系統(tǒng)結(jié)合開展系統(tǒng)集成方向的深入研究。
【關(guān)鍵詞】：電動汽車 動力艙 動力電池與電機(jī) 溫度一致性 熱交互 集成熱管理
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U469.72
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-30
• 1.1 課題研究背景及意義14-18
• 1.2 國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀18-26
• 1.2.1 電動系統(tǒng)熱管理18-22
• 1.2.2 動力艙熱管理分析方法22-23
• 1.2.3 集成熱管理及其高效節(jié)能技術(shù)23-26
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容與方法26-30
• 第2章 液流型電池成組結(jié)構(gòu)設(shè)計及其基本性能實驗30-50
• 2.1 電池成組及液體換熱結(jié)構(gòu)設(shè)計30-32
• 2.1.1 柱狀電池模組30-31
• 2.1.2 片狀電池模組31-32
• 2.2 實驗系統(tǒng)及其方法32-35
• 2.2.1 實驗系統(tǒng)構(gòu)成32-34
• 2.2.2 實驗方法34-35
• 2.3 柱狀電池模組基本性能實驗分析35-42
• 2.3.1 主要特性35-38
• 2.3.2 主要影響特性38-42
• 2.4 片狀電池模組基本性能實驗分析42-47
• 2.4.1 主要特性42-44
• 2.4.2 液流溫控特性44-47
• 2.4.3 流量影響特性47
• 2.5 本章小結(jié)47-50
• 第3章 片狀電池成組扁管束傳熱結(jié)構(gòu)仿真拓展分析50-72
• 3.1 模型建立50-56
• 3.1.1 結(jié)構(gòu)幾何模型50-51
• 3.1.2 模型網(wǎng)格化及其邊界條件51-52
• 3.1.3 工況及特征點確定52-53
• 3.1.4 數(shù)學(xué)模型與方法53-54
• 3.1.5 計算模型驗證54-56
• 3.2 基本特性計算分析56-61
• 3.2.1 管束間換熱對比56-57
• 3.2.2 扁管間換熱對比57-58
• 3.2.3 石墨片高導(dǎo)熱溫均性作用分析58-61
• 3.3 溫控作用強(qiáng)化效能分析61-71
• 3.3.1 基本恒溫冷卻61-63
• 3.3.2 變溫梯級冷卻及其溫段作用分析63-67
• 3.3.3 變溫梯級冷卻時段作用分析67-71
• 3.4 本章小結(jié)71-72
• 第4章 電池與電機(jī)熱管理系統(tǒng)工作過程仿真分析72-104
• 4.1 熱管理系統(tǒng)構(gòu)建72-73
• 4.2 主要數(shù)學(xué)關(guān)系模型73-88
• 4.2.1 電池?zé)崃δＰ?/span>73-74
• 4.2.2 電機(jī)熱力模型74
• 4.2.3 動力性模型74-75
• 4.2.4 電池傳熱模型75-78
• 4.2.5 電機(jī)傳熱模型78-79
• 4.2.6 散熱器熱流模型79-88
• 4.3 模型實驗驗證88-92
• 4.4 計算基本流程92-93
• 4.5 熱管理系統(tǒng)基本性能分析93-103
• 4.5.1 主要行駛工況影響93-96
• 4.5.2 初始溫度影響96-97
• 4.5.3 水泵與風(fēng)扇影響作用97-99
• 4.5.4 熱泵輔助冷卻作用99-102
• 4.5.5 關(guān)于預(yù)熱102-103
• 4.6 本章小結(jié)103-104
• 第5章 基于動力艙 1D/3D集成熱管理計算方法研究104-128
• 5.1 動力艙幾何結(jié)構(gòu)模型104-113
• 5.1.1 基本模型104-111
• 5.1.2 3D計算控制方程及其方法111-113
• 5.2 動力艙主要熱力系統(tǒng)及其 1D關(guān)聯(lián)算法113-124
• 5.2.1 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)113-114
• 5.2.2 電機(jī)熱管理系統(tǒng)114-115
• 5.2.3 空調(diào)系統(tǒng)115-124
• 5.3 1D/3D耦合算法及其計算流程124-126
• 5.4 本章小結(jié)126-128
• 第6章 基于動力艙多熱力系統(tǒng)熱交互集成分析128-146
• 6.1 基本構(gòu)成及散熱評價要素128-130
• 6.1.1 動力艙多熱力系統(tǒng)的一般組成128-129
• 6.1.2 熱力過程散熱評價主要指標(biāo)129-130
• 6.2 動力艙基本熱流過程及其交互分析130-144
• 6.2.1 熱流場基本形態(tài)130-132
• 6.2.2 關(guān)于主要交互影響132-144
• 6.3 本章小結(jié)144-146
• 第7章 電動汽車熱能循環(huán)再利用及其蓄能作用探索146-162
• 7.1 熱能循環(huán)再利用熱管理體系設(shè)計146-148
• 7.2 相變蓄能及其快速熱響應(yīng)148-150
• 7.2.1 基本結(jié)構(gòu)148-149
• 7.2.2 梯級組合149-150
• 7.3 實驗系統(tǒng)及方法150-152
• 7.3.1 實驗系統(tǒng)150-151
• 7.3.2 實驗方法151-152
• 7.4 蓄放熱基本性能分析152-161
• 7.4.1 液流溫度影響152-154
• 7.4.2 相變?nèi)邳c影響154-156
• 7.4.3 介質(zhì)流量影響156-157
• 7.4.4 多融點PCM梯級組合作用157-161
• 7.5 本章小結(jié)161-162
• 第8章 總結(jié)和展望162-168
• 8.1 總結(jié)162-165
• 8.2 本文創(chuàng)新點165-167
• 8.3 展望167-168
• 參考文獻(xiàn)168-180
• 作者簡介與在學(xué)期間所取得的研究成果180-185
• 致謝185

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 畢小平;黃小輝;王普凱;;裝甲車輛動力艙溫度場試驗研究[J];裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報;2009年02期

2 李海軍,畢小平;基于熵值法的坦克動力艙熱工況的綜合評價[J];裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報;2004年01期

3 侯培中;苑改紅;李寧;;小型船艇動力艙吸聲降噪研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2008年20期

4 葉曉;傅佳宏;張宇;劉震濤;;某商用客車動力艙熱狀態(tài)的仿真及試驗研究[J];機(jī)電工程;2013年05期

5 李云龍,王湘卿,王敬,汪建兵;車輛動力艙冷卻風(fēng)道流場的仿真研究[J];車輛與動力技術(shù);2005年03期

6 陳文;劉立明;周小偉;梁升;;軍用車輛動力艙排風(fēng)控制研究[J];車輛與動力技術(shù);2005年04期

7 畢小平,趙宇;坦克動力艙空氣流動計算區(qū)域的網(wǎng)格生成[J];裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報;2004年03期

8 劉西俠;曹玉坤;畢小平;;坦克動力艙空氣流動與傳熱研究綜述[J];兵工學(xué)報;2007年08期

9 高青;錢妍;戈非;;汽車動力艙多熱力系統(tǒng)模型分析方法[J];汽車工程學(xué)報;2012年01期

10 畢小平,劉西俠,趙以賢,王普凱;坦克動力艙內(nèi)三維空氣流動數(shù)值模擬[J];內(nèi)燃機(jī)工程;2003年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王義春;王保國;楊英俊;王瑞君;;混合動力裝甲車動力艙內(nèi)高溫環(huán)境下電控系統(tǒng)可靠性冷卻設(shè)計[A];第六屆全國人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2003年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 邢朝 駐站記者付文武;半個塑料瓶引來的通報[N];戰(zhàn)士報;2010年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張?zhí)鞎r;液流循環(huán)電池成組傳熱強(qiáng)化及其整車集成熱管理研究[D];吉林大學(xué);2016年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 高淳;增程式電動汽車動力艙交互熱分析與熱管理系統(tǒng)設(shè)計[D];吉林大學(xué);2016年

2 李武;裝載機(jī)不同動力艙特征換熱過程分析[D];吉林大學(xué);2016年

3 李云霞;發(fā)動機(jī)與空調(diào)熱管理數(shù)值化分析方法研究[D];吉林大學(xué);2016年

4 常海龍;動力艙熱平衡參數(shù)獲取技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計[D];中北大學(xué);2015年

5 白文龍;工程機(jī)械動力艙內(nèi)部熱環(huán)境仿真[D];大連理工大學(xué);2008年

6 錢妍;耦合空調(diào)動力艙氣動冷卻過程分析[D];吉林大學(xué);2012年

7 顧強(qiáng);動力艙動態(tài)參數(shù)測試與抗干擾設(shè)計研究[D];中北大學(xué);2014年

8 王龍;支持動力艙布局設(shè)計的布局模式粒子群算法研究及應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2010年

9 文凱平;坦克動力艙流場的數(shù)值模擬及進(jìn)排氣格柵的氣動優(yōu)化[D];重慶理工大學(xué);2015年

10 葉曉;車輛動力艙模擬試驗臺的研制[D];浙江大學(xué);2013年

，

本文編號：777905