摘要
动力电池作为新能源汽车的核心部件，影响着新能源汽车的性能和寿命。锂离子电池因其更高的功能密度和能量密度、循环寿命长和重量轻等优势，成为了动力电池的首选。然而在新能源汽车行驶的过程中，锂离子电池会产生过高的温度且分布不均，导致新能源汽车的性能和寿命下降，甚至会发生自燃事故，因此本文建立了一种“栅形”液体-相变冷却的热管理系统，来控制锂离子电池组的温度。 首先，分析了锂离子电池的基本结构和基本原理、产热与传热机理，通过平均加权的方法得出了锂离子电池的热物性参数，通过Bernardi理论建立了一维锂离子电池模型，与三维模型进行电化学耦合，共享热源。采用固体传热的方法，确定了锂离子电池后续研究的放电倍率；研究了不同间距对锂离子电池组温度的影响。结果表明：间距的增加会使电池组的温度降低，但考虑到电池组的容量，避免影响新能源汽车的性能，故而采用5 mm的间距。 其次，液体冷却采用流体与固体耦合传热的方法，主要研究了流速与流向对锂离子电池组温度变化的影响。流速的增加会使锂离子电池组的最大温度降低，最大温差升高。当最大温度与最大温差到达安全范围时，不同流向与相同流向冷却液流速趋于一致，且不同流向的最大温差小于相同流向的最大温差。相变冷却采用固体传热的方法，研究了不同相变类型与不同相变浓度对锂离子电池温度的影响。无论哪种相变类型锂离子电池组的温度都随着浓度的升高而降低，周围型比浸入型能够更好地控制锂离子电池组温度的均匀性，但最大温度超过安全范围，因此对周围型进行改进。改进后的锂离子电池组的最大温度优于周围型。除此之外，液体冷却和相变冷却的锂离子电池组最大温度随环境温度的升高而升高，最大温差降低。 最后，液体-相变冷却采用流体与固体耦合传热的方法，研究了流速与环境温度对锂离子电池组温度的影响，并与液体冷却和相变冷却对比。当锂离子电池组的最大温度和最大温差均达到安全范围时，流速和压强比液体冷却降低一半，且相变率要比相变冷却低。在高温环境下，需要适当的提升流速来保证电池组温度的均匀性。本文将液体、相变冷却结合，能够更好地降低锂离子电池组温度且分布均匀，延长新能源汽车的性能和寿命。
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