工程机械动力电池组液冷结构及其换热性能分析

为响应国家提倡环保节能的号召,解决日益严重的空气污染及石油燃料枯竭的问题,研发新能源工程机械已经是机械发展的必然趋势。动力电池作为电动工程机械的重要组成部分,其工作性能对工程机械正常工作起着至关重要的作用。动力电池在工作中会产生大量的热,这些热量如果不能及时散发,会对电池组的性能、寿命产生巨大影响,严重时会导致电池局部过热,甚至引发爆炸。同样,动力电池在寒冷环境中也不能正常工作,因此研究动力电池的热交换问题十分重要。论文以工程机械动力电池组液冷结构为研究对象,通过理论计算出电池的热物性参数,建立动力电池组的物理模型,使用CFD方法分析动力电池组在不同工况下的温升特性,通过优化动力电池组液冷结构,提出动力电池组散热结构的优化措施,并在此基础上对比不同参数条件下的散热情况。论文的主要研究内容如下:1.基于改进的挖掘机动力方案,选择合适的动力电池,并对其结构、生热机理及传热特性进行分析,为电池组的仿真计算以及参数的选取提供理论参考。2.针对挖掘机动力系统的动力电池组液冷结构进行了初步设计,包括电池排列及串并联方式,液冷板的结构设计,流道的布置及分配,并分析了电动挖掘机的典型工况,对两种不同工况下的动力电池组散热情况进行初步仿真。结合仿真结果,阐述了结构及入口参数对电池组散热的重要性,为后续的电池冷却系统优化提供了方向。3.以流道布置结构为主要切入点,对比单双向流道结构下电池组的温度分布情况。得到在同样流道数目的情况下,并联双向流道的散热情况更好,针对并联双向流道,分别讨论了冷却液入口流量和温度对电池温升及温均性的影响。保证整体电池组在293.15K(20℃)~313.15K(40℃)范围内工作,并将电池单体的温差控制在5K以内。4.为简化系统,提出电池在低温环境下工作时,延用高温冷却液冷板结构,通过调节参数,为整个电池系统进行预热的观点。以方案二结构为基础,对其进行仿真计算,对比不同入口流量和不同入口温度下电池加热速率的变化。入口流量对电池的温升影响不大,主要影响电池预热后的温差,而入口温度越高,电池的温升速率越大。最终在10min内将电池温度上升至283.15K,达到低温环境下的使用要求。经过仿真分析模拟,结果表明,本文设计的双向流道液体换热系统能有效地在炎热和寒冷两种极端工况下将电池的温度调整至正常工作范围内,保证电池的正常工作。