本文關(guān)鍵詞：熱管理系統(tǒng)散熱冷卻建模及電池組溫均控制策略研究

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【摘要】：熱管理作為保證車輛高效動(dòng)力輸出和整車節(jié)能的重要方法和手段,相關(guān)的研究方法在不斷進(jìn)步。其中將動(dòng)力艙內(nèi)的各種換熱器、動(dòng)力電池、動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行耦合分析的多熱力系統(tǒng)仿真方法可以在解決部件的傳熱優(yōu)化及性能確定的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性分析,因此被作為熱管理系統(tǒng)研究的主要手段之一。在這個(gè)方法的架構(gòu)下,各種換熱器的性能確定及三維表征、動(dòng)力電池的溫均控制策略、系統(tǒng)仿真模型與CFD仿真模型的集成等成為該方法中需要解決的重點(diǎn)問題。為了解決各種換熱器的性能確定及三維表征、動(dòng)力電池的溫均控制策略、系統(tǒng)仿真模型與CFD仿真模型的集成問題,本文工作結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.51376079),開展熱管理系統(tǒng)散熱冷卻建模及電池組溫均控制策略方面的研究。在系統(tǒng)仿真模型與CFD仿真模型的集成問題中,主要是通過Matlab程序集成控制CFD仿真軟件(如Fluent軟件)進(jìn)行耦合仿真來實(shí)現(xiàn)二者的集成。對(duì)散熱部件之間的熱流變特性和系統(tǒng)循環(huán)的瞬態(tài)關(guān)聯(lián)特性進(jìn)行綜合,通過交互作用與影響,實(shí)現(xiàn)多熱力系統(tǒng)集成優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。其中Matlab程序負(fù)責(zé)各系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)、程序與模型之間的數(shù)據(jù)傳遞、實(shí)時(shí)邊界條件的設(shè)置、CFD仿真模型的計(jì)算控制等,CFD仿真模型負(fù)責(zé)換熱的計(jì)算。Matlab程序通過對(duì)批處理文件的編譯實(shí)現(xiàn)對(duì)CFD仿真模型的模型調(diào)用、數(shù)據(jù)傳遞、運(yùn)算設(shè)置和結(jié)果輸出。并通過動(dòng)力艙內(nèi)的集成仿真模型,對(duì)如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真模型與CFD仿真模型的集成進(jìn)行了描述。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真模型與CFD仿真模型的集成,需要在CFD仿真模型中建立散熱部件的當(dāng)量模型,因此需要對(duì)散熱部件例如散熱器的性能進(jìn)行描述。為了獲得散熱器的性能,本文采用了一種基于特征芯體的特征結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模擬方法來解決整體散熱器的換熱性能描述的問題。該方法首先建立了散熱器局部換熱芯體的CFD仿真模型,結(jié)合Matlab編譯的外部一維計(jì)算程序來獲得整體散熱器的換熱性能及空氣側(cè)的阻力特性。針對(duì)上面提到的動(dòng)力電池的溫均控制策略問題,首先是要解決動(dòng)力電池組的換熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問題,然后在優(yōu)化后的模型基礎(chǔ)上進(jìn)行傳熱強(qiáng)化及漸變控溫分析。本文首先采用在塊狀電池底部布置液流板換熱的方式建立了電池組的基本液流換熱結(jié)構(gòu),開展液流體的溫度、流量及電池放電倍率對(duì)電池組溫度的一致性、均勻性的影響分析并建立評(píng)價(jià)方法。而后從提高動(dòng)力電池組的溫度均勻性的角度,分別對(duì)液流板的底置方案、流板側(cè)置方案和流板側(cè)置方案基礎(chǔ)上導(dǎo)熱強(qiáng)化方案進(jìn)行對(duì)比分析。其中導(dǎo)熱強(qiáng)化方案采用鋁片和石墨片進(jìn)行了對(duì)比分析,得出在保持同等重量情況下采用石墨片可以提高電池表面的溫度均勻性。對(duì)比分析后在導(dǎo)熱強(qiáng)化方案中0.6mm石墨片方案的基礎(chǔ)上,提出漸變冷卻及加熱方案。并對(duì)冷卻和加熱過程中的降溫及升溫速率等影響因素進(jìn)行分析。結(jié)論表明為保證電池表面的溫度均勻性,采用漸變冷卻方案時(shí)盡量采用比較長的降溫時(shí)間方案。對(duì)于采用漸變加熱方案時(shí),為保證電池表面的溫度均勻性盡量采用比較長的降溫時(shí)間方案。電池組的高效工作依賴于熱管理系統(tǒng)將電池組的溫度保持在高效運(yùn)行的溫度區(qū)間并保證較好的溫度一致性和均勻性。因此本文針對(duì)溫均性的提升,建立了多溫區(qū)熱控調(diào)節(jié)策略,并利用集成仿真方法對(duì)處于動(dòng)力艙內(nèi)的電機(jī)散熱器、電池散熱器之間的相互影響進(jìn)行了分析。多溫區(qū)熱控調(diào)節(jié)思路是將電池組的工作溫度范圍分成高溫區(qū)、常溫區(qū)、低溫區(qū)進(jìn)行針對(duì)性的熱控以達(dá)將電池組的溫度保持在高效運(yùn)行的溫度區(qū)間的目的。其中高溫區(qū)熱控策略的核心思路是采用大循環(huán)漸變冷卻的方式將處于高溫狀態(tài)下的電池組冷卻到穩(wěn)定溫度。其中漸變冷卻方式的降溫斜率與降溫幅度等參數(shù)密切相關(guān)。常溫區(qū)熱控策略的核心思路是先采用小循環(huán)升高電池溫度到設(shè)定的穩(wěn)定溫度值后,采用小循環(huán)與大循環(huán)相結(jié)合的方式來調(diào)整進(jìn)入電池組的液流體溫度使得電池組的溫度保持在設(shè)定的穩(wěn)定溫度,以實(shí)現(xiàn)電池組高效運(yùn)行。低溫區(qū)熱控策略的核心思路是采用熱泵等加熱模式將電池組加熱到電池高效運(yùn)行區(qū)間的最低值,然后采用與常溫區(qū)相同的熱控策略。為了應(yīng)對(duì)放電倍率的變化,液流體溫度的調(diào)整幅度需要根據(jù)放電倍率的情況進(jìn)行調(diào)整。通過動(dòng)力艙CFD模型和電池組CFD模型的集成仿真來對(duì)電池散熱器和電機(jī)散熱器的交互影響進(jìn)行分析。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U469.72

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6 夏e，

本文編號(hào)：1273872