纳米流体在动力电池散热系统中的强化散热研究

汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一,电动汽车因其环保和节能等显著特点,成为汽车工业可持续发展的重要方向。动力电池是电动汽车的主要动力来源,其工作时因高能量需求发热量大。因此,研究具有强换热特性的散热系统,对提升动力电池与电动汽车的性能有着重要的意义。纳米流体是一种新型传热工质,其通过基液中添加高导热性纳米粒子形成悬浮稳定的纳米流体,以提高液体的传热性能,实现高效冷却目标。本文围绕着动力电池的散热问题,开展纳米流体在动力电池散热系统中的探索研究。在制备乙二醇水基纳米流体基础上,研究其在电池组散热系统的传热特性,分析其对提升高温电池散热效率的价值。课题的主要工作如下:1.分析动力电池的生热及传热机理,确定电池工作时的发热规律。基于动力电池的结构,分析其工作时的生热传热机理,建立电池的三维热模型;对电池比热容和导热系数等进行了分析和总结;基于动力电池工作特性,制备乙二醇水基纳米流体,并对其悬浮稳定性进行分析。2.针对电池散热系统中的典型绕流和管内流动,建立纳米流体的流动及传热数学模型。针对复杂的耦合数学模型,通过建立无量纲数学变换,分析乙二醇水基纳米流体普遍性规律;分别运用Keller-box方法和打靶法两种数值方法,对两种模型求解速度场和温度场;在此基础上主要分析不同纳米粒子和浓度对纳米流体流动换热的影响。3.为分析碰撞挤压下短路电池组散热系统的散热能力,以方形电池组为研究对象,分析乙二醇水基纳米流体的强化换热规律。结合电池温度特性,优化液冷板流道结构,分析冷却液流量和温度对电池最高温度和均温性的影响规律;针对碰撞挤压下发生短路的高温电池,对乙二醇水基纳米流体在圆管中的流动及传热特性进行分析。4.为分析单体出现热失控的电池组散热系统散热能力,以圆柱形电池组为研究对象,分析乙二醇水基纳米流体的强化换热。对单体电池热失控时的温度状态进行分析,分析单体热失控对整个电池组的影响;在此基础上,分析乙二醇水基纳米流体种类和纳米粒子浓度对整体散热的影响规律。本文的创新之处在于将高热导率的纳米流体研究拓展至动力电池散热系统。基于该新的研究对象,建立电池散热系统典型流动下纳米流体流动与传热数学模型;针对大面积高温电池和单体热失控电池,基于纳米流体的强化换热特性,开展乙二醇水基纳米流体在散热系统中流动和强化换热分析研究,以提升强化散热效果,保障动力电池的安全使用。