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基于相变温控阀的电池热管理系统参数设计及仿真分析

基于相变温控阀的电池热管理系统参数设计及仿真分析

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作者：周振雨重庆理工大学

学位级别：硕士

随着新能源汽车产业化不断发展,车用动力电池技术在当中发挥着关键作用。其中电池的产热问题通常采用电池热管理方案进行解决,以保障电池充分发挥其使用性能,但通常存在热管理ECU运算负载大、线束布置困难、降温同步性难以保证以及相变... 详细信息

随着新能源汽车产业化不断发展,车用动力电池技术在当中发挥着关键作用。其中电池的产热问题通常采用电池热管理方案进行解决,以保障电池充分发挥其使用性能,但通常存在热管理ECU运算负载大、线束布置困难、降温同步性难以保证以及相变材料潜热散热慢等问题。因此设计一种经济适用的基于热敏相变材料多模组独立温控电池热管理系统意义重大,该系统不仅可以一定程度上缓解热管理ECU运算负载,同时能够通过对相变温控阀优化配置,调节各模组冷却能力,从而提升电池包整体降温同步性。主要研究内容如下:(1)基于本文研究对象为纯电动汽车,其动力电池选型以及成组配置方面需满足整车能量密度需求、动力需求、电压需求以及安全性要求等条件,基于电池包成组方式结合研究目的对电池包换热结构进行设计。(2)基于电池实验数据搭建了电池等效电路模型用于描述电池外特性,通过端电压验证其模型的准确性;对电池生热和传热方式进行分析,以内阻、温度等变量耦合等效电路模型中形成单体电热耦合模型,对比热仿真条件下电池温升结果,确保了单体温度估算模型的精度;基于散热结构构建了电池模组流道温度模型,为搭建电池包电热耦合模型提供了思路,同样对比热仿真条件下模组温度估算结果,说明了电池模组电热耦合模型具有较高的温度估算精度,最后基于此模型分析了电池模组中各单体降温效果及温度分布特点。(3)对新型电池热管理系统各关键部件的参数设计和建模。首先是对电池包需求冷却风量的估计,以指导风机系统选型和启停策略的制定;对关键部件相变温控阀的结构设计以及感温相变材料选择,对感温石蜡的热膨胀特性进行分析以指导温度对应阀杆升程模型的搭建,联合阀口设计方式实现最终的相变温控阀温度-流量控制模型;高效热管传热机构涉及其管壳、工质的选择以及结构的设计,并基于热管传热方式搭建热管传热模型。将各部件耦合组成该新型热管理系统模型,分析了不同工况下各部件的控制效果,对比了相同技术参数相变阀热管理对电池包温度均匀性的控制效果,说明了该热管理系统实现温度均匀性控制的有效性。(4)为保证相同发热特性二次配组后模组间的降温同步性,对该电池热管理系统中相变温控阀相关参数进行优化配置。首先分别针对感温石蜡相变区体膨胀系数、感温石蜡熔点设计了参数约束范围和降温同步性指标,将单参数优化结果用于指导该热管理系统模组间冷却能力的分配,并在恒流和变电流工况下仿真不同发热特性模组的降温同步性优化效果;通过双参数优化,对比了单参数优化方式降温同步性提升效果,说明了采用双参数优化相变温控阀改变模组冷却能力的优越性。

关键词：电池热管理系统电热耦合模型相变温控阀不同发热特性模组降温同步性优化

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