电动汽车电池组风冷结构设计及优化研究

来源 :重庆交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yeluanwu
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随着全球环境的恶化以及资源短缺等问题的日渐严峻,全球各国政府逐步加大了对新能源汽车的扶持。从目前新能源汽车技术的发展来看,动力电池的能量密度,循环使用寿命及安全性等关键性能仍有待突破。锂离子电池因其能量密度较高、无记忆效应、自放电率低等优点在现阶段被各类新能源汽车广泛使用。但锂离子电池的使用性能对温度极为敏感,且持续放电过程中,电池产生的热量会随时间在电池组内部累积,若不及时有效的将热量导出,电池组会因温度过高而而发生热失控。而纯电动汽车通常使用能量型的动力电池,这类电池适用于小倍率持久性放电过程。其产热量较小,但具有随时间累积的特点,因此纯电动汽车大多采用风冷散热系统调节电池温度,降低整车额外能耗。故高效合理的风冷散热结构设计对锂电池组的热安全性能及整车的续航里程提升都具有重要的意义。本文以风冷散热方式为基础,结合计算流体动力学(CFD)方法,首先对风冷腔室自身的结构进行了研究,即通过调整分流腔室与集流腔室角度及进排气通道的长度来提高箱体对电池组的散热性能。在腔室角度影响研究中,首先对两个腔体角度的影响进行了研究。在确定分流腔角度变化对散热性能有影响的基础上,将分流腔室按电池数量分为相等的8部分,分别对每部分的角度变化进行了研究得到的局部最优结构。在此基础上,还对进气、排气通道长度对散热效果的影响以及进口风速、温度双因素的优化匹配进行了研究。结果表明,合理的箱体结构对电池组的散热性能具有较大的提升。其次,本文还通过在箱体内添加扰流板的方式对电池组的散热性能进行了优化研究,即在分流腔室底板以及冷却通道中增设扰流板的方式来优化电池组的散热性能。研究结果表明:扰流板数量与位置的组合方式、扰流板倾斜角度、扰流板高度均对冷却性能有较大影响,且当各项因素都达到局部最优时,电池组的冷却效果将得到进一步改善。此外,改变冷却通道中扰流板宽度、冷却通道宽度以及进口风速均能改善电池组的散热性能。综上,本文以CFD仿真为基础,针对风冷电池模组箱体的腔室结构设计,气体风速温度匹配及扰流板优化等方向进行了研究分析,获得了相关的仿真结果及优化结构设计。相较于原始的Z型冷却结构,优化后的模型在降低电池组最高温以及最大温差等方面都具有较大的提升,研究中的相关结论对电池组风冷散热系统的创新设计来说具有一定的参考价值。
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