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翅片式动力电池液冷散热结构优化设计与性能研究
| 论文题名： | 翅片式动力电池液冷散热结构优化设计与性能研究 |
| 关键词： | 纯电动汽车;动力电池;翅片式液冷散热结构;优化设计;多目标优化;数值模拟 |
| 摘要： | 随着汽车行业的持续发展，出行所采用的交通工具也是出现了变化，但同时也给人类带来了潜在的隐患。化石燃料的不断消耗，成为了破坏环境以及给人类带来健康问题的主要原因。寻找新的能源形式已经变为亟待解决的问题，纯电动汽车产业应运而生。动力电池作为电动汽车关键的部件，其性能的优良关乎到整个电动汽车的工作情况。动力电池在温度方面要求极其的苛刻，要把温度控制在一定的区间内才能正常的工作，否则热量可能会不断的攀升，对电池造成不可逆的危害，乃至会造成热失控的发生。 本文在针对动力电池因产热而导致的电池模组中单体电池的温度过高以及单体间的温差问题，提出一种基于翅片的液冷散热结构。首先，从不同的产热类型对电池的生热以及对电池的传热进行了介绍。并据前人学者的单体温升实验，得出单体电池的产热量，为下文的数值仿真提供数据支持。应用 CFD 仿真对冷板优化，并将冷板与电池模组合构成电池模组的冷却系统，并研究不同的因素对冷却系统性能的影响。 然后，选取菱形翅片液冷板为实验对象，通过实验验证了数值仿真的准确度。讨论了不同翅片类型的摆放方式，最终选出综合性能最好的翅片形式。然后，再通过改变行列数，讨论其对冷板性能的影响。并基于椭圆式翅片液冷板，设计出新型的翅片结构，并在各个指标下对二者进行了对比，说明了椭圆内部添加通道对平均温度以及压降都有一定的效果。基于得到的最优模型，对冷板翅片的三个因素进行多目标优化。研究翅片的开口距离、翅片外轮廓厚度、翅片内腔体深度对平均温度和压降之间的影响，经过多目标优化后的冷板模型，相对于最初的冷板模型综合性能有很大改善。 接着，基于优化模型，通过改变模型进口形状以及对冷板内部翅片进行错位，结果表明，模型进口形状为喇叭口分叉角度α为45°以及进口深度b为0mm时，其综合性能提升最高。然后再将翅片的大小进行渐缩。相对于最初工况(平均温度为36.592℃，压降为4.812Pa)，平均温度下降了0.293℃，压降降低了1.994Pa。再将液冷区域分区，将液冷区域分为3区域以及2区域。最终，与基础工况相比，得出的模型在综合性能上提升了6%。然后探究纳米流体在不同雷诺数以及不同体积分数对液冷系统的影响，并与水作对比。最终，研究了不同的纳米颗粒对冷板的效果的影响。纳米流体能增大努塞尔数，增加换热，进而降低冷板的平均温度，但也带来了压降增加的问题。 最终，以最优液冷板为基础，并将其应用到所设计的模组中，探究流体流向，质量流量，冷却液温度，环境温度对电池模组性能的影响。 |
| 作者： | 肖康 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 张甫仁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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