动力电池热管理热泵热传输冷却强化研究

电动汽车作为近些年汽车发展的新兴力量,极大有利降低汽车工业石油依赖和排气污染。为了提高汽车性能,使电池发挥最佳的性能和寿命,就需要优化电池包结构,设计能够适应高温和低温的电动汽车动力电池热管理系统。本文针对热泵新型直冷热泵热传输进行设计与实验研究。本实验根据整车动力电池模组产热性能及冷却系统特性为研究对象,其采用直冷式动力电池热管理系统,根据电池96串联的方式,制作了模拟动力电池模组,电池模组单体电压为3.7V,总电压为353.6V,电池总能量为353.6W·h,为满足产热需求,使用100W电加热片作为内热源作为模拟电池产热。搭建了直冷式动力电池热管理实验台,包括直冷式动力电池热管理系统实验台架和电池热管理监控系统。实验动态过程和测控采用车用ECUCoder控制器与labvieW采集系统联合对系统进行监控和采集,利用NI-SCXI数据采集设备对系统中电压、电流信号进行集中处理,从而获得传感器的采集数据。此外在搭建实验系统过程中,实验台架根据实验工况所设计需要的冷量、尺寸等,结合实际应用中的部件参数,完成对系统部件的匹配。本次实验根据电动汽车实际工况下电池散热功率、压缩机即时转速等因素设计合理的实验方案。主要研究关于定热负荷定压缩机转速、变负荷变压缩机转速等情况对系统热特性进行研究。首先对系统内制冷剂充注量进行确定,COP随着充注量增加先升高后降低,制冷剂在2.8kg时制冷能力最优。实验表明,由于压缩机启动特性,在初始阶段系统的压力和温度存在着较大的波动,在定负荷下,压缩机转速的提升,电池温度下降的同时,压缩机吸气压力不断下降,系统COP大幅度降低。在运行过程中由于热惯性的存在,系统温度先升高后降低,并且由于热阻的存在,冷板温度明显低于电池温度。此外电池模组间温度存在较大差异,直管段处电池温降明显高于直冷板进出口和弯道处电池温度。对于变负荷变转速工况,在加速过程中随着压缩机转速提升速率的提升,终止压缩机转速的升高,系统内流量发生变化,压缩机启动特性的影响降低,流量的峰值时间提前。电池的温度不断下降,而温降下降幅度先升高后降低。由于系统热惯性,变负荷下不同模组内部温度变化差异较定负荷时更加明显。对于减速过程,相对于加速过程稳定时间偏慢,压力和温度波动状况更加明显。同时压缩机转速的提高,导致系统到达峰值流量时间提前,波动状况减少,此外,由于系统中存在一定阻力,较大程度上影响了系统散热能力。整车直冷板由于管道结构相对复杂,进出口及弯道处能量损耗较为严重。相比于普通直冷板在工况发生变化时恢复正常工作速率较慢,直冷板进口与出口存在着较大的压差,且其压差先升高后降低,压缩机入口压力下降幅度减慢。对于变动工况,由于压缩机转速的影响,压缩机转速的变化在受到启动特性影响的同时,也会受到由于阻力带来的反作用,导致在减速过程中,压缩机起始转速越高,阻力越大,峰值流量越低。