用于车辆炎热环境的48V弱电与辅助动力电池包的间接散热结构设计

发布时间：2020-05-20 02:18

【摘要】：汽车工业是国家的重要制造产业之一,直接关系着国家经济的发展,人民生活水平的提高,每个经济发达的国家无不重视汽车产业的发展。科技的发展给人类对于舒适性的要求提供了技术支持,车载的弱电系统越来越丰富,增添了很多电子部件,除了已经常见于市面上的各种车内执行器,如电子点烟器、电动车窗、自动空调等,各种多媒体设备、导航、行车记录仪、乃至自动驾驶系统也在逐步成为车载系统的新增元素。大量的新型车载电子系统的使用,使得车内弱电系统的使用功率大幅增加,传统的12V蓄电池系统,由于供电电压低,只能通过增大供电电流来满足整车电子器件的功率要求,这就必须通过增加供电电缆截面积来满足大电流的的需求,导致整车重量增加,粗笨的电缆也导致安装和维修困难。解决这个问题的办法只有提高弱电系统的电压,但过高的电压将导致弱电系统对人体的安全带来威胁,因此替代传统12V系统的48V新型弱电系统应运而生。另一方面,传统的不可再生的化石能源面临资源枯竭的威胁,大量的尾气排放使得全球生态环境遭到巨大的污染,由此催生了新能源汽车如火如茶的发展。在传统以化石能源驱动的汽车上,蓄电池的作用仅用于给车载弱电系统供电,而在电力驱动的新能源汽车上,当采用48V的蓄电池系统时,由于具备较大的容量和输出功率,所以除了能够供应车载的弱电系统外,还具备在特殊情况(主电源故障或亏电等)下作为辅助备用电源为动力系统应急供电的能力,提高车辆动力系统的可靠性。将48V电池包应用于辅助动力源时,电压仍然偏低,需要持续性输出大电流,电池包内将会产生大量热量,如不能及时散发出去,会影响到电池包的安全性。本文以“48V车用锂电池包”为研究对象,模拟夏季高温时的严酷工况进行辅助动力输出,着力于电池包散热结构设计的研究工作,以达到在炎热环境大功率输出条件下能够保证电池包散热良好稳定运行的目的。首先本文介绍了 48V电池包及其散热结构的研究背景及国内外研究发展现状。其次详细阐述了电池包的产热原理及散热方式。通过模组的结构设计对比了各个方向的散热情况,从成本、工艺等多个方面考虑,提出了将电芯的最佳散热面置于底部的设计方案。再次设计了一种冷却板与电池包壳体相结合的一体式散热设计,研究了电池包在炎热环境下使用时底面强制风冷和液冷的两种冷却设计方法,并对两个方案的散热效果及相关产品结构进行了相关的仿真及验证。结果表明强制风冷无法满足炎热环境下的电池包冷却要求,液冷方式更能符合48V电池包温度控制的要求。在此基础上找出能够满足冷却要求的液冷散热条件。最后对散热结构设计进行仿真验证,验证此种结构的振动及冲击的可靠性。
【图文】：

低压电源,电池,芯组,外壳

图１－１低压电源发展历程逡逑

架构图,低压系统,双电源,架构

但由于设置上下限报警电压需要一定的电压限制，所以实际正常使逡逑用的工作电压范围为３６Ｖ￣５２Ｖ。逡逑４８Ｖ低压系统从架构来讲，有两种：一种是如图１－２保留原１２Ｖ逡逑系统的１２Ｖ＋４８Ｖ双电源系统架构，即大功率和新增添的车内功率器逡逑件放置到４８Ｖ电源系统中，，１２Ｖ电源系统只负贵给起动机等少数用逡逑电器供电；另－种是连带整个车用电器全部升级的单一邋４８Ｖ系统，逡逑这需要车用电器整个产业链的供应商同步升级产品，更换周期较长，逡逑且成本很高。逡逑逦ＤＣ－ＤＣ邋｜￣｜逦ｆ￣ｌ邋逆变器邋ｉ逦逡逑Ｊ＞—－Ｌ逡逑逦邋｜４８Ｖ？ｆａｊｆｅ｜逦（起邋ｆ？电杉ｌ）逡逑起动机—逡逑车身电子Ｉ逦逦１邋ＥＰＳ逡逑负较邋——逦逦逡逑促设逦—｜电动空调逡逑图１－２双电源低压系统架构逡逑目前来看，１２Ｖ＋４８Ｖ系统改动较小、成本较低，应该会成为首逡逑选的系统架构。但姜涛ｍｉ等人认为双电源系统过于复杂，从长远来逡逑看，单一邋４８Ｖ系统最终将完全取代１２Ｖ系统。但由于用电器增多、逡逑５逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U463.6;TM912

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