动力锂离子电池液冷式热管理系统结构设计与性能优化

作     者：钟瑾辰 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张红亮;刘伟

授予年度：2023年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：锂离子电池热管理 液冷散热 并行式冷却板 CFD 结构优化设计 

摘      要：动力锂离子电池组作为电动汽车的核心动力源,性能受到温度的影响较大。本文针对液冷式锂离子电池热管理系统中采用的并行式冷却板容易出现冷却液流量分布不均匀、散热均匀性能较差的问题,提出了一种新型并行式冷却板并对其进行了仿真计算与结构优化,然后基于最优冷却板结构对电池组的散热性能进行研究和分析。主要研究成果如下:(1)对新型与传统并行式冷却板的综合性能进行了研究分析,结果表明:其最高温度和平均温度分别可降低2.441℃和2.51℃以上,内部冷却液的压降可降低19.81%以上,增强了散热性能、优化了冷却液流量分布且降低了冷却所需能耗。(2)对比分析了Z型、U型、I型等单进出口和T型、E型、H型、M型等多进出口结构类型的冷却板散热性能,结果表明:当冷却板按T型多进出口结构设计时,其综合性能最佳;基于此结构分析了流道数量、入口主流道宽度和并行流道间距类型对其散热性能的影响,发现最佳流道数量为7、入口主流道最佳宽度为8 mm、并行流道间距最佳设计类型为L3L2L1。(3)以冷却板的最高温度、平均温度以及内部冷却液的压降作为评价指标,采用单因素分析和正交实验设计的方法研究翅片扰流体行数、间距、长度以及宽度等因素对T型冷却板散热性能的影响,得到了翅片扰流体的最佳结构参数组合为:翅片扰流体5行、间距2 mm、长度5 mm和宽度3 mm。(4)建立起基于最佳T型冷却板结构的电池组模型,并对其进行不同设计下的热仿真分析,结果表明:采用7块T型冷却板的冷却系统可有效保证电池组的散热要求,单体电池两侧冷却液相反流动的方式可有效提升电池组散热性能,冷却板的最佳设计厚度为4 mm。增加冷却液流量可在一定范围内降低电池组最大温度并增加温度分布均匀性,降低冷却液入口温度可线性降低电池组最大温度。图78幅,表22个,参考文献83篇