风冷式动力电池热管理系统技术数值研究

发布时间：2017-09-11 09:40

  本文关键词：风冷式动力电池热管理系统技术数值研究

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【摘要】：动力电池是电动汽车发展的三大关键要素之一。电动汽车驱动动力源是由大量动力电池串并联形成的电池组提供。维持动力电池的正常工作,可延长动力电池的使用寿命,进而推动电动汽车产业的发展。影响电池组性能的关键因素是电池组的温升和局部温差,而基于动力电池热控研究的电池热管理技术可实现动力电池的高效工作。基于现有的风冷式电池热管理系统结构,本文提出了相应的优化设计思路,在电池组外壳开设风孔,从而改变电池组内温度场分布。在上述优化设计中,本文发现影响电池组温升和局部温差的主要因素是电池组内流体流速的分布,因此,提出了基于流体流动阻力的风冷网络模型,并讨论不同设计结构对流体分配的影响。本文的主要研究结论如下:(1)电池组外壳开设风孔可有效降低电池组温升和局部温差。风孔位于与电池组出口相反的位置,即靠近风流进口处,电池组的冷却效果最好。在该条件下,进口空气初始质量流量为0.0262kg/s时,电池组的温升和局部温差仅为28.9K和3.4K,相比于原始设计模型,最高温度下降1.84%、局部温差下降62.9%。(2)增大风孔的面积可显著提高电池组的散热效果。当进口空气初始质量流量为0.0218kg/s时,?由0.2增大到1.5,Case 4冷却模式下电池组温升下降了3.29K。风孔面积与出口面积相等时,电池组散热效果最佳。对于Case 4冷却模式,相同的进口质量流量下,?从1.0增大到1.5时,局部温差仅下降了0.34K。因此,继续增大风孔面积对散热性能没有明显的改善。(3)进口空气初始温度的增大使得电池组温升线性增加,但对电池组局部温差影响较小;电池间冷却流道体积的增大可降低电池组局部温差,但对电池组温升影响较小。当?从0.53增大到0.96时,初始进口流量为0.0262kg/s时,电池组最大温升变化幅度为0.26K。(4)流阻网络模型应用于风冷式电池热管理系统的优化设计时,摩擦阻力损失的影响不能忽略;增大导流板倾斜角度可减小流道间的速度差,使得流体在流道内的分配更加均匀,导流板角度从0度增大到7度时,电池流道间的最大流速差由6.32m/s减小为0.82m/s;增大电池间间距可以提高流体的分配效果,但对最大流速的影响较小。
【关键词】：动力电池 电动汽车 风冷 热管理系统 流阻 网络模型
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912;U469.72
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 引言12-14
• 1.2 电动汽车概述14-16
• 1.2.1 电动汽车介绍14
• 1.2.2 电池热管理技术14-16
• 1.3 风冷式电池热管理技术16-22
• 1.3.1 风冷式热管理介绍16-17
• 1.3.2 风冷式热管理国内外研究现状17-22
• 1.4 研究意义及主要工作22-23
• 1.4.1 研究意义22
• 1.4.2 主要研究内容22-23
• 1.5 本章小结23-24
• 第二章 锂离子动力电池性能研究24-34
• 2.1 引言24-25
• 2.2 电池工作原理分析25-26
• 2.3 电池基本性能分析26-32
• 2.3.1 电池放电特性27-28
• 2.3.2 电池内阻28-29
• 2.3.3 电池电压29-30
• 2.3.4 电池内部产热量30-32
• 2.4 电池组均匀性分析32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 增设风孔的风冷式电池热管理系统数值模拟34-50
• 3.1 引言34-35
• 3.2 物理模型35-37
• 3.2.1 原始设计模型35-36
• 3.2.2 改进后的模型36-37
• 3.3 数学模型37-41
• 3.3.1 模型选择37-38
• 3.3.2 条件假设38-39
• 3.3.3 边界条件39
• 3.3.4 控制方程39-40
• 3.3.5 求解过程40-41
• 3.4 模型验证与分析41-42
• 3.5 计算结果及讨论42-49
• 3.5.1 风孔位置对电池组冷却性能的影响42-44
• 3.5.2 风孔大小对电池组冷却性能的影响44-46
• 3.5.3 进口空气温度对电池组冷却性能的影响46-47
• 3.5.4 冷却通道体积对电池组冷却性能的影响47-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第四章 基于流阻分析的风冷网络模型50-66
• 4.1 引言50-51
• 4.2 流阻网络模型分析51-58
• 4.2.1 流阻网络模型介绍51
• 4.2.2 数学模型51-52
• 4.2.3 流阻模型52-55
• 4.2.4 阻力系数的确定55-58
• 4.3 模型验证58-61
• 4.3.1 不考虑沿程阻力的影响58-60
• 4.3.2 考虑沿程阻力和局部阻力共同作用的影响60-61
• 4.4 计算结果及讨论61-65
• 4.4.1 导流板角度计算结果分析61-63
• 4.4.2 电池间间距计算结果分析63-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 总结与展望66-68
• 5.1 工作总结66-67
• 5.2 工作展望67-68
• 参考文献68-74
• 攻读硕士期间取得的研究成果74-75
• 致谢75-76
• 附件76

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本文编号：829986