车用锂离子动力电池系统强制风冷散热特性研究

作     者：金钰 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：鄂加强

授予年度：2018年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：电池热管理 强制风冷 模糊灰色关联 散热 

摘      要：随着世界范围内的经济迅速发展,能源短缺日益严峻。同时传统燃油车产生的污染物严重影响着人类的生活,电动汽车成为了解决该问题的最佳选择,作为电动汽车核心部件的动力电池备受关注。使车用锂离子动力电池系统在一个合适的温度范围内工作能有效影响车辆的续航能力和经济性。车用锂离子动力电池系统配备良好的散热管理系统,可有效降低车用锂离子动力电池热失控的几率。车用锂离子动力电池系统强制风冷散热方式具有结构简单、成本较低、质量轻巧且无有害气体积压等优点,但如何合理设计锂离子动力电池排布结构、通风渠道种类和入口空气流量等参数是提高车用锂离子动力电池系统散热能力的首要关键科学问题。为此,本文以长沙市科技局重点项目[kh1601129]为依托,综合利用理论分析、数值模拟以及实验验证的方法,对不同排列方式的16节18650电池组进行了建模,并对比分析了不同通风方案下模型的散热特性,详细分析了4个参数(入口流量、入口面积、进出口偏心度以及风口面积比)对锂离子动力电池系统散热性能的影响。论文主要创新点和研究工作如下:(1)利用仿真和实验相结合的研究方法,建立了18650锂离子电池产热模型。研究分析了电池不同放电倍率以及不同对流工况下的温度场瞬态仿真,分别得到了电池内部的温度场分布规律和对流系数对电池温度均匀性的影响。(2)建立了车用锂离子动力电池系统强制风冷散热模型,对比筛选出了散热性能最佳的散热模型。仿真分析了速度场、压力场和温度场分别在直排和叉排排布中的特点,揭示了直排排布优于叉排排布的原因。研究分析了强制风冷模型的四个主要参数对电池组冷却性能的影响。得到了电池组的平均温度、电池组温差、电池组进出口压力差、电池组换热系数h以及准则数Nu随四个参数的变化规律。(3)采用一种基于正交试验设计的模糊灰色关联分析的方法,通过计算各模糊灰色关联度来研究4个参数(入口流量、入口面积、进出口偏心度以及风口面积比)对电池组散热特性的影响程度。结果表明,进出口偏心度对电池组平均温度的影响程度最大,风口面积比对电池组温度均匀性影响最大,而入口风速对电池组换热系数h影响最大。