日本无码免费高清在线|成人日本在线观看高清|A级片免费视频操逼欧美|全裸美女搞黄色大片网站|免费成人a片视频|久久无码福利成人激情久久|国产视频一二国产在线v|av女主播在线观看|五月激情影音先锋|亚洲一区天堂av

  • 手機(jī)站
  • 小程序

    汽車測(cè)試網(wǎng)

  • 公眾號(hào)

    • 汽車測(cè)試網(wǎng)

    • 在線課堂

    • 電車測(cè)試

江鈴 | 純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組液冷系統(tǒng)優(yōu)化及冷卻性能分析

2021-03-01 23:11:34·  來源：焉知汽車熱管理  
　
作者 |?林金源 魏小紅/江鈴汽車股份有限公司
作者 | 林金源 魏小紅/江鈴汽車股份有限公司
來源 | AUTO行家

導(dǎo)讀：現(xiàn)階段，在電動(dòng)汽車的使用過程中，散熱的問題嚴(yán)重影響著汽車電池的使用壽命。在電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池當(dāng)中，長期存在著導(dǎo)熱系數(shù)較低、液冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不合理等諸多問題，為此本文主要就純電動(dòng)汽車電池組液冷系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以及對(duì)冷卻性能進(jìn)行相應(yīng)的分析，以此來提升液冷系統(tǒng)的散熱能力。
 
關(guān)鍵字：純電動(dòng)汽車 電池組 液冷系統(tǒng) 冷卻性能 冷卻液

隨著近些年來的發(fā)展，汽車行業(yè)當(dāng)中的新能源汽車已經(jīng)得到了一定的普及，更多的人在選擇汽車的時(shí)候會(huì)考慮新能源汽車。在使用的過程中，由于汽車的放電會(huì)導(dǎo)致很多熱能產(chǎn)生，一旦冷卻系統(tǒng)無法及時(shí)的對(duì)這些熱量進(jìn)行吸收，就會(huì)導(dǎo)致電池的溫度不斷升高，進(jìn)而降低了電池的使用壽命，甚至?xí)?dǎo)致電池的起火爆炸等事故的發(fā)生。

鋰離子電池生熱原理以及參數(shù)
電池生熱原理、
在使用電池的過程中，放電過程是由一系列的化學(xué)反應(yīng)而決定的 [1] 。同時(shí)在反應(yīng)的過程中會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，為此對(duì)于電池所產(chǎn)生的實(shí)際熱量可以用以下公式進(jìn)行表示 [2] ：
在該反應(yīng)式下，其Qr 用以表示反應(yīng)熱；焦耳熱用Qj 表示；Qp 表示為極化熱；Qs 表示為副反應(yīng)熱；Qe 則是表示電池在電極處所發(fā)生的反應(yīng)熱；n 表示為電池模組在電池當(dāng)中的總數(shù)量；m 則是便是對(duì)于每一個(gè)單獨(dú)電池的電機(jī)質(zhì)量；I 則是電池充放電過程中的電流值；M 表示為摩爾質(zhì)量；F 為法拉第常數(shù)；Re 則可以表示為電池的歐姆電阻值。
在所表示的副反應(yīng)熱當(dāng)中，是組成主反應(yīng)熱的一部分，實(shí)際所產(chǎn)生的熱量，是電池在使用的過程中，其電解液分解所產(chǎn)生的，在這個(gè)過程中，其產(chǎn)生的實(shí)際熱量相對(duì)較小，一般情況下可以忽略不計(jì)。
在對(duì)電池放電的過程中所產(chǎn)生的實(shí)際熱量進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算的過程中，需要依據(jù)上述表達(dá)出的具體反應(yīng)式，進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的建立，以此提高計(jì)算過程的科學(xué)性。本文在分析這個(gè)問題的過程中，采用了Bernardi 的方式，對(duì)其電池所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行相應(yīng)的模型計(jì)算，具體的公式如下所示[3]：
q=[I-(E0-U1)-IT(dE0/dT)]/Vb
在該反應(yīng)式下，q 為電池所產(chǎn)生熱量的速度，又稱熱率，I 代表充電電流，E0 代表電池動(dòng)勢(shì)，UI 代表電壓，T 則是表示為電池的實(shí)際溫度，Vb 表示電池體積。
電池等效熱物性參數(shù)
在本文的分析中，選擇了18650 圓柱形鋰離子電池，同時(shí)依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對(duì)其電池等效熱物性參數(shù)進(jìn)行選擇。

電池組建模以及仿真分析
建立模型
為了進(jìn)一步的讓電池所產(chǎn)生的熱量，能夠很好的進(jìn)行傳遞，讓冷卻液發(fā)揮出應(yīng)有的作用，在本文的分析中，選用的液冷系統(tǒng)為底部散熱的方式，也就是讓水冷板同電池的底部進(jìn)行相連。在具體的尺寸方面，需要保證在兩個(gè)相鄰的電池之間中心點(diǎn)的位置距離為19.2mm，而在相同行之間的電池距離上，則需要控制在23.4mm。在采用的水冷板尺寸方面，需要使用圓柱形水道，并將其直徑控制在5mm，以蛇形的方式進(jìn)行安裝，以此保障每一條設(shè)置的水道，都同電池列的方向相互平行，在電池的正下方進(jìn)行安裝，以此形成最佳的散熱效果。

同時(shí)，為了使車體的重量下降，就需要在水冷板的材質(zhì)方面進(jìn)行優(yōu)化處理，需要采用較低密度，同時(shí)具有良好的導(dǎo)熱系數(shù)的鋁制材料。而在冷卻液的方面，則需要保障其冷卻性能較高，同時(shí)在不同的溫度環(huán)境下，仍然可以擁有穩(wěn)定的冷卻性能，在冷凍液的選擇上，本文選擇使用50% 乙二醇水溶液，當(dāng)作試驗(yàn)所用冷卻液。
圖1 電池組模型
仿真分析
為了保障進(jìn)行的仿真試驗(yàn)具有較高的效率性以及準(zhǔn)確性，需要依據(jù)以下的原則進(jìn)行相應(yīng)的電池模型簡化，以及進(jìn)行合理的假設(shè)。
由于電池均具備外殼，且系統(tǒng)之間并不會(huì)發(fā)生熱量的交換，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，出于節(jié)約成本的目的，在進(jìn)行計(jì)算的過程中，可以對(duì)電池組的外殼的影響因素進(jìn)行忽略。同時(shí)在建立起的模型方面，需要導(dǎo)入仿真數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行六面體網(wǎng)格的實(shí)際劃分，這樣就可以形成合理的電池組網(wǎng)格模型，并對(duì)其進(jìn)行細(xì)致的分析。下圖1 為電池組模型。

在進(jìn)行液體流動(dòng)模型的建立過程中，需要依據(jù)冷卻液在水冷板中的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行決定，為此需要針對(duì)雷諾方程進(jìn)行模型的確定。

為了保障能夠在設(shè)定好的邊界條件下，進(jìn)行相應(yīng)的仿真試驗(yàn)，以此獲取到電池組在使用的過程中，放電終止之后電池表面溫度的實(shí)際分布，以此來繪制出電池在放電過程中，電池組的最高溫度與最低溫度的實(shí)際變化。具體的變化如下圖2 所示。

圖2 電池組溫度變化
如上圖2 所示，在電池組放電的過程中，實(shí)際最高的溫度在29 攝氏度左右，該溫度出現(xiàn)在電池組的上方位置，這樣的原因是由于電池本質(zhì)上是一種不良的導(dǎo)熱介質(zhì)，同時(shí)該部位遠(yuǎn)離水冷板，以此造成了熱量傳遞的不佳，因此該處的溫度較高。而電池組最低溫度為25 攝氏度左右。這個(gè)溫度出現(xiàn)在電池同水冷板的接觸位置，且十分靠近冷卻液的入口處位置。這里溫度的最低，是由于在這個(gè)位置有著較強(qiáng)的換熱能力，為此該處的溫度達(dá)到了最低，擁有著較強(qiáng)的熱量交換效果。在電池放電終止之后，對(duì)電池組的最高溫度與最低溫度進(jìn)行溫度差的計(jì)算，實(shí)際的溫度差在3 攝氏度左右，因此符合鋰離子在工作的過程中，最佳的溫度差為5 攝氏度以下的標(biāo)準(zhǔn)。
液冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化
在對(duì)于電池組的溫度情況進(jìn)行分析之后，由于在電池靠近水冷板的位置有著較好的溫度控制，而在遠(yuǎn)離水冷板的一側(cè)導(dǎo)熱效果不佳，這種情況的發(fā)生是由于電池是一種導(dǎo)熱性質(zhì)不好的介質(zhì)，導(dǎo)熱系數(shù)較低，使得無法將一側(cè)的熱量傳遞到另一側(cè)，因此冷卻液無法很好的吸收電池所發(fā)出的熱量，因此讓電池溫度升高。因此需要進(jìn)一步的對(duì)其電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以此讓冷卻液能夠高效吸收熱量，讓電池在放電的過程中，保持溫度的一致性。在設(shè)計(jì)出的全新冷卻系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)中，需要主要是采用，在電池的頂部位置，進(jìn)行微型水冷管路的安裝，從而解決上部沒有同水冷板接觸的溫度，進(jìn)而解決在發(fā)熱的過程中存在的溫度不均的問題。同時(shí)，為了進(jìn)一步的對(duì)結(jié)構(gòu)支路冷卻液流量發(fā)生變化的問題進(jìn)行處理，需要安裝一些小型的節(jié)流閥，以此來對(duì)每一個(gè)入口處進(jìn)行流速的控制，這樣最大化的優(yōu)化液冷系統(tǒng)。
 
在優(yōu)化的過程中，還需保持原始的邊界條件不發(fā)生相應(yīng)的變化，同時(shí)再將優(yōu)化后的液冷系統(tǒng)，以及電池組進(jìn)行仿真模擬，從而對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，以形成仿真的實(shí)驗(yàn)分析。
 
在分析的過程中，發(fā)現(xiàn)放電在終止之后，實(shí)際的最高溫度在26 攝氏度左右，因此比優(yōu)化設(shè)計(jì)之前，降低了2 攝氏度左右，而最低溫度也在25 攝氏度左右，降低了不到1 攝氏度，同時(shí)將最大的溫度差降低到了1 攝氏度左右，為此形成了良好的優(yōu)化效果。之后為了進(jìn)一步的對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行合理性的分析，還對(duì)兩組不同的溫度差進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比，以得出優(yōu)化方案可以很好的解決溫度不均勻的現(xiàn)象。
 
結(jié) 語
綜上所述，在對(duì)純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組液冷系統(tǒng)優(yōu)化及冷卻性能分析過程中，為了進(jìn)一步的提升電池的使用壽命以及使用過程中的安全性，就需要對(duì)其發(fā)生的溫度不均勻問題進(jìn)行解決，本文采用對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式進(jìn)行處理。
分享到：
 
反對(duì) 0 舉報(bào) 0 收藏 0 評(píng)論 0
滬ICP備11026917號(hào)-25