面向锂离子电池散热的歧管式微通道热沉设计及性能研究

锂离子电池作为电动汽车理想的动力电源,高热量密度是制约其发展的瓶颈,在此背景下,利用微通道热沉来辅助散热是一个合适的方法。针对锂离子电池在工作过程中的产热问题,本文设计了一种高深宽比的歧管式微通道热沉,利用数值模拟与实验相结合的方法来研究热沉对电池的散热性能和压降特性。本文的主要研究内容如下:(1)阐述了电池的主要性能指标,分析电池的内阻特性,确定了后续实验的环境温度应控制在常温或高温范围,且电池荷电状态应保持在20%以上。分析了电池的产热机理并建立了传热模型,通过实验测试的方法得到电池的等效定压比热容、不同放电倍率下的发热功率和电池在x、y、z方向的导热系数。(2)设计了高深宽比的歧管式微通道热沉,利用Fluent来研究歧管式微通道热沉的流体流动及对电池的散热性能。(3)搭建了微通道热沉性能测试平台,与传统微通道热沉进行实验对比,并提出了温度均匀评估系数的指标。实验结果表明:传统和歧管式微通道热沉都能满足电池的散热要求,且传统微通道热沉的散热性能略好于歧管式微通道热沉,但会使电池表面的温度分布变得更不均匀,而且总压降始终比歧管式微通道热沉的大,为了节省泵功率,选择歧管式微通道热沉来散热会更有优势。(4)通过实验测试进一步研究了影响歧管式微通道热沉性能的关键因素,结果表明:电池表面中心的温度最高,随着入口流量的增加,放电结束时,电池表面的最大温度逐渐减小,且减小的趋势变缓,但压降增加的趋势变大,因此入口流量取60ml/min比较合适;电池的放电倍率越大,表面的温度分布越不均匀;四种深宽比的热沉都能满足电池的散热要求,但仍然存在微通道的深宽比越大,散热性能越好的规律,而且深宽比越大,电池表面的温度分布会越不均匀,压降也会越大。最后将仿真结果与实验结果进行对比,验证了仿真结果的可靠性。