【摘 要】
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锂离子电池因其高能量密度、高输出功率等优点,受到新能源汽车领域的广泛关注。热安全性一直是制约电动汽车发展的关键问题之一,合适的热管理方案能有效地提升电池性能、保障电池安全,对于新能源汽车的推广和应用具有重要意义。热管作为一种高效的导热元件,具备在狭小空间内实现热量高效传递的能力,在动力电池热管理中极具应用前景。在此基础上,本文设计了一种基于热管的电池冷却系统,并对影响系统冷却性能的因素展开了相关研
【基金项目】
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国家自然科学基金（51776077）; 广东省基础与应用基础研究基金项目（2020B1515020040）; 广州市科技计划项目（201707010071）; 广东省自然科学基金项目（2018B030311043）
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锂离子电池因其高能量密度、高输出功率等优点,受到新能源汽车领域的广泛关注。热安全性一直是制约电动汽车发展的关键问题之一,合适的热管理方案能有效地提升电池性能、保障电池安全,对于新能源汽车的推广和应用具有重要意义。热管作为一种高效的导热元件,具备在狭小空间内实现热量高效传递的能力,在动力电池热管理中极具应用前景。在此基础上,本文设计了一种基于热管的电池冷却系统,并对影响系统冷却性能的因素展开了相关研究,主要内容与结果如下:（1）通过实验测试了研究对象电池的内阻特性,建立了电池瞬态产热模型;建立了热管等效导热模型,并通过实验测试验证了数值模型的准确性。电池和热管三维数值模型的建立为后续热管理系统的研究打下了基础。（2）设计了基于热管的电池冷却系统,根据系统结构的对称性,建立了单元模块数值模型,通过仿真模拟的方法分析了热管冷却系统的效果,同时对比了无冷却条件和自然对流条件下的电池温升,结果表明热管冷却系统具备良好的温度控制能力;研究了冷却水流量和热管分布方式对系统冷却性能的影响,结果表明:当电池以3 C倍率放电时,建议冷却水流量大于0.15 L?min-1,建议采用热管数量对电池数量为1-2的分布方式。针对单元模块数值模型,采用正交试验设计和模糊灰色关联度分析的方法,对铝套筒结构参数的影响进行了分析。结果表明:为控制电池组最高温度,建议铝套筒的高度、厚度、对电池的包覆角度和对热管的包覆角度分别大于50 mm,2 mm,75°和60°。铝套筒的四个结构参数对电池组冷却性能的影响程度按从大到小的排序为:铝套筒对电池的包覆角度>高度>厚度>对热管的包覆角度。在设计的水平范围内,当铝套筒的高度为60mm,厚度为4 mm,对电池的包覆角度为90°,对热管的包覆角度为90°时,系统的冷却性能达到最佳,此时电池的最高温度为37.58°C,温差为3.67°C。（3）针对4×6形式排布的圆柱形电池组,采用数值模拟的方法研究了冷却水流量、热管冷凝段长度和铝套筒高度对系统冷却性能的影响。研究表明:增大冷却水流量能有效改善电池组的温度均匀性,但会引起系统功耗的增加,建议冷却水流量为0.5 L?min-1;增加热管的冷凝段长度和铝套筒的高度均可以降低电池组的最高温度并提高其温度均匀性,但随着二者的继续增加,其效果逐渐变得微弱;针对不同位置采用不同高度铝套筒的排布方式有望在降低系统质量的同时,进一步优化电池组的温度分布。
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