發(fā)布時間：2020-11-20 01:34

　　 隨著電動汽車動力性、續(xù)航里程、充電速率等要求的提高,動力電池熱管理及其熱安全越來越受到關注,快速響應冷卻和過熱應急冷卻的管控能力有待提升。同時,熱管理系統(tǒng)的輕量化、緊湊化和集成化也越來越受到重視。為此,研究工作針對動力電池熱泵制冷劑直接冷卻熱管理技術,利用數(shù)值仿真方法探究直冷式電池熱管理基本性能。高效的熱管理系統(tǒng),不僅要快速將電池組溫度控制在合理區(qū)間,還要均衡各單體的溫度差異,使電池始終工作在最佳狀態(tài),為此研究工作主要以電池最高溫度和溫差作為熱管理性能的評判依據(jù)。采用電池模組冷板底置的直冷換熱結構,設計流道結構及流程尺度,優(yōu)選出利于模組傳熱且兼顧板內(nèi)流動的三流程蛇形流道冷板結構。并采用加設高導熱片作為冷板肋片來增強傳熱以提高電池模組溫均性水平,在對比不同布置形式與厚度后,選擇將高導熱片布置在電池單體及模組兩側,實現(xiàn)組內(nèi)最大溫差的顯著降低。在設計電池模組整體結構基礎上,圍繞直冷系統(tǒng)主控因素的熱流變參數(shù),探究不同放電倍率下直冷過程中制冷劑入口流量、蒸發(fā)壓力、以及電池初始溫度的冷卻作用效果及其基本特征規(guī)律。為提高電池溫控效果,采用梯級參變熱控方法,根據(jù)電池不同放電階段的冷卻需求采用應時強度冷卻,譬如通過調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速或膨脹閥開度等方式改變制冷劑參數(shù),達到冷卻初期電池模組高溫降響應性,后逐步趨于溫均性保障的控制模式,并維持電池在適宜溫度區(qū)間。算例表明,電池模組1C放電條件下的最高溫度和溫均性具有維持20.83℃和1.22℃的溫控潛力。電動汽車動力性增強會引起電池大負荷變動,隨之產(chǎn)熱波動也將增大。研究工作對電池變負荷放電下直冷系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)的應對性進行了模擬分析,并以典型的簡單線性負荷工況為算例,探究其中的基本變動特性,以便認識更復雜的動態(tài)工況控制特征,特別是熱管理控制的跟隨性規(guī)律。根據(jù)壓縮機轉(zhuǎn)速和電子膨脹閥控制原則,分別采用制冷劑恒壓變流與恒流變壓線性調(diào)節(jié)方案,著重認識調(diào)參幅度與變化時域?qū)﹄姵販刈兊挠绊?并圍繞流量與壓力的協(xié)同調(diào)控增效性展開討論。分析表明,通過雙參數(shù)調(diào)節(jié)可以有效抑制電池變負荷工況的溫升,算例范圍內(nèi)可以將電池1C至2C變負荷放電的各區(qū)溫度變動值均維持在1℃以內(nèi),有效支撐了電池模組動態(tài)放電過程中的溫度穩(wěn)定性,并為更趨復雜的客觀工況分析提供了可行性基礎。鑒于直冷式動力電池熱管理還處于技術應用的前沿領域,有待更廣泛深入的探索和控制應用。本文僅以仿真分析手段探究了蒸發(fā)冷板、熱流變參數(shù)和動態(tài)負荷調(diào)節(jié)基本特性,為推進今后積極探索動力電池直冷熱控方案提供一定參考和幫助。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：U469.72
【部分圖文】：

第 1 章 緒論研究背景及意義汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)燃油汽車又過分依賴石油等資源，污染問題引起了世界各國的重視。汽車節(jié)能成為新一代的主行業(yè)未來發(fā)展的重中之重。尤其是 21 世紀以來，在各國政府新能源汽車在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢[1-2]，2018 年200 余萬輛，我國作為汽車生產(chǎn)大國，近年來電動汽車產(chǎn)銷量-4]。圖 1.1 所示為《中國新能源汽車行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)13~2018 年中國新能源汽車銷量統(tǒng)計及增長情況。數(shù)據(jù)表示，2銷售 125.62 萬輛，同比增長 61.74%，其中純電動汽車銷量為.83%，可見純電動汽車作為新能源車的主要發(fā)展方向，市場前

一路進入乘員艙蒸發(fā)器進行冷氣供應，一路經(jīng)膨脹閥后直接進入電池包內(nèi)完成電池冷卻，最后兩支路制冷劑匯合進入壓縮機，開始新的循環(huán)�？梢娕c風冷和液冷相比，電池直冷方式的換熱過程更為直接、高效、封閉、緊湊，隨著電動汽車市場對續(xù)航里程、能量密度、電池容量、充電速率等性能提出更高的訴求，制冷劑直冷方式可以作為未來動力電池熱管理的一種可靠選擇。a）風冷方式

吉林大學碩士學位論文在制冷劑直冷方面，寶馬 i3 采用高效緊湊的直冷式電池熱管理方案，將空調(diào)蒸發(fā)器設計在電池模組中，即將冷板安裝在電池底部與之緊密貼合，采用微通道鋁管設計，并增設了用于加熱的電加熱絲，制冷劑采用車載空調(diào)冷媒 R134a，冷板內(nèi)部流道為 2P2S模式，為增強散熱均勻性，制冷劑從每行模塊的中間流入，隨后從兩側流出。寶馬 X5電池包由 6 個電池模組排布兩層組成，冷卻系統(tǒng)直接連接到車輛空調(diào)系統(tǒng)，冷板同樣分為兩層分別對上下電池模組進行冷卻，并采用多通道設計，能同時實現(xiàn)整個電池包的結構輕量化和溫度一致性，從而將電池間的溫差保持在非常低的范圍。寶馬 i3 和 X5 兩車型的電池冷卻結構示意圖如圖 1.3 所示[35]。
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本文編號：2890737