大功率充电连接器冷却系统换热特性研究

作     者：柯俊 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢方伟

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：大功率充电连接器 冷却系统 换热特性 新能源汽车 快速充电 

摘      要：充电焦虑是影响新能源汽车发展和普及的主要原因之一,大功率快速充电技术具有功率高、充电时间短等优点,近年来发展迅猛,已成为国际研究热点之一。当大功率充电连接器处于高电压、大电流时,温升会在短时间内迅速增加引起热安全问题,难以满足长时间连续使用的要求。本文设计了一种适用于大功率充电的冷却系统,理论和实验研究了冷却系统的换热特性,主要内容如下:（1）建立了充电电缆生热的数学模型,仿真得到了加载电流、线芯截面积和电缆长度等参数对充电电缆热损失功率的影响规律,设计了一种能快速散热的冷却系统,对冷却系统的流量和温升进行了理论计算和分析,考虑冷却系统的尺寸、重量两个性能指标,对冷却系统整体布局进行了合理布置。（2）基于热力学方程理论推导了充电电缆的传热模型,并建立带有冷却流道的充电电缆三维仿真模型,仿真研究了不同工况下冷却液流量、入口温度和冷却管结构等参数对充电电缆内部温度场分布的影响规律,结果表明:充电电缆温度随着加载电流的增大而升高,随着冷却液流量和冷却管数量的增加而降低,随着冷却液入口温度的降低而降低,当采用中心冷却的布置方式时,充电电缆最高温度降低约16.4%。（3）建立了带冷却回路的大功率充电连接器总热力学模型,仿真得到了冷却系统与充电连接器之间的换热变化规律,研究表明:当冷却系统关闭时,仅由大功率充电连接器进行自然对流散热,充电电缆发热严重且温度分布不均匀;当冷却系统开启,加载电流为600 A时,充电电缆达到热平衡温升为28.9℃,水箱内冷却液温升为23.2℃,以充电电缆温升和冷却液温升为控制对象,提出了一种简单实用的温度控制策略。（4）搭建了大功率充电连接器冷却系统实验台,研究了加载电流及环境温度等因素对大功率充电连接器温升的影响,也验证了冷却系统的快速散热能力和良好的可靠性,实验表明:当冷却系统开启,加载电流为600 A时,充电枪端子部位温升为33.5℃,低于温升指标50℃,在压接部位处引入冷却流道后,压接部位的温升下降了36%,充电枪端子处的温升下降了3%;经过连续10天加载400 A电流的测试,大功率充电连接器平均温升为15.7℃,表明冷却系统具有良好的换热性能同时是稳定、可靠的。