摘要
目前，新能源汽车已成为人们的购车首选，锂电池作为新能源汽车的核心部件，直接关系到整车性能。为保证汽车的续航能力，通常一辆车中至少安装几千块电池，汽车运行过程中，电池产生大量热量，因此必须对锂电池进行热管理。本文采用实验与数值模拟结合的方法，对单体锂电池及整个电池模块的温度进行了研究。由于本文采用相变微胶囊悬浮液（Microencapsulated phase change materials suspension，MPCMS）为主要冷却液，因而对悬浮液的密度、粘度、相变温度、导热系数、比热容等参数进行了计算和测量。 搭建了单体锂电池实验台，通过改变负载长度，实现了锂电池1C和2C恒流放电。当放电时间超过3500s和1800s，电池表面温度激增，稳定性下降，故确定两者为锂电池的放电时间。另外，利用ANSYS Fluent对单体锂电池进行了数值计算，结果表明，数值模拟结果与实验数据相差较小，证明了电池生热模型的正确性。 搭建了电池模块液冷热管理实验平台，进行92根加热棒为等效电池模块，波浪形扁管穿插入其中构成冷却通道的热管理实验，研究了冷却液流量、温度和种类对电池温度的影响。结果表明：电池模块的最高温度和最大温差均随着冷却液流量的增大而降低，但降低幅度逐渐减小，冷却液泵功随流量的增大而快速增长，综合考虑10L/h为冷却液最佳流量；电池模块的最高温度随着冷却液进口温度的降低而降低，但电池模块温度的均匀性随着冷却液温度的降低而恶化；四种不同冷却液相比，质量分数50%的乙二醇溶液电池模块温度最高，均匀性最差，去离子水居中，由于相变材料的相变潜热和颗粒的微对流效应，质量分数2%和5%的相变微胶囊悬浮液对电池模块的冷却效果最佳，且悬浮液浓度越高，电池模块温度越低，均匀性越好。 以相变微胶囊悬浮液为冷却液，利用数值模拟与正交试验结合的方法，分析了波浪形扁管高度、宽度、接触角度和通道数量对电池模块最高温度以及最大温差的影响。研究结果表明：扁管高度对最高温度影响最大，通道数量对结果影响很小；电池模块最大温差方面，扁管宽度影响最大。通过综合平衡法选定了优化模型，经计算，优化模型最高温度比试验模型最多降低6.48%，最大温差最多降低27.75%。 通过添加凹槽结构，对正交试验所得优化模型进一步优化，对凹槽结构高度和形状的研究表明：L/4的矩形凹槽结构综合性能优于L/2，半圆形凹槽结构通道压降小于矩形，但电池模块最高温度和最大温差有所升高。
NETL