基于热电耦合液体冷却的动力电池热管理系统的实验研究

doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.015

汽车安全与节能学报 ›› 2022, Vol. 13 ›› Issue (3): 535-540.DOI: 10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.015

基于热电耦合液体冷却的动力电池热管理系统的实验研究

单春贤(), 夏灯富(), 刘朝阳, 唐爱坤()

江苏大学能源与动力工程学院,镇江 212013,中国

收稿日期:2022-01-24 修回日期:2022-04-06 出版日期:2022-09-30 发布日期:2022-10-04
通讯作者: 唐爱坤
作者简介:* 唐爱坤,教授。E-mail： tycoon@ujs.edu.cn。
单春贤（1963—）,男（汉）,浙江,教授。E-mail: scx63@163.com。
夏灯富（1997—）,男（壮）,江苏,硕士研究生。E-mail： xdf_2022@163.com。
基金资助:
扬州市产业前瞻项目(YZ2021002);扬州市科技成果转化项目(YZ2021121)

Experimental study on power battery thermal managment system based on thermoelectric-coupling liquid-cooling

SHAN Chunxian(), XIA Dengfu(), LIU Zhaoyang, TANG Aikun()

School of Energy and Power Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China

Received:2022-01-24 Revised:2022-04-06 Online:2022-09-30 Published:2022-10-04
Contact: TANG Aikun

摘要/Abstract

摘要：

为延长纯电动汽车动力电池的循环寿命和续航里程,并提高整车安全性,设计了一种热电耦合液冷的电池热管理系统,搭建了实验测试台架,分析了电池组在放电过程以及预热过程的热特性。通过改变电压、流速、冷却液温度等参数,研究电池组散热性能。结果表明：在35 ℃环境温度和 1C至2C循环充放电条件下,电池最高温度保持在41 ℃以下。相比于自然对流冷却和传统液冷,该文的热电冷却系统分别降低了10 ℃和7 ℃;单电池与电池组的最大温差分别在5 ℃、8 ℃以内,始终使电池处于适宜的温度区间。

关键词: 汽车安全, 新能源汽车, 锂电池, 冷却系统, 热管理系统, 液冷, 热电单元

Abstract:

A thermoelectric-coupled liquid-cooling battery thermal-management system was designed to prolong the cycle life and endurance mileage of pure electric vehicle power batteries and improve the safety of the whole vehicle. An experimental test bench was built to analyze the thermal characteristics of the battery pack in the process of discharge and preheating. The heat dissipation performances of the battery pack were studied by changing the voltage, the flow rate, the coolant temperature, and the other parameters. The experimental results show that the maximum temperature of the battery is kept below 41 ℃ when the battery is charged and discharged by 1C to 2C cycle at 35 ℃. Compared with natural convection cooling and liquid cooling, the thermoelectric cooling system reduces by 10 ℃ and 7 ℃ respectively. The maximum temperature difference between single battery and battery pack is within 5 ℃ and 8 ℃ respectively, which always keeps the battery in the appropriate temperature range.

Key words: vehicle safety, new energy vehicles, lithium batteries, cooling systems, thermal managment system, liquid cooling, thermoelectric units

中图分类号:

TM912

单春贤, 夏灯富, 刘朝阳, 唐爱坤. 基于热电耦合液体冷却的动力电池热管理系统的实验研究[J]. 汽车安全与节能学报, 2022, 13(3): 535-540.

SHAN Chunxian, XIA Dengfu, LIU Zhaoyang, TANG Aikun. Experimental study on power battery thermal managment system based on thermoelectric-coupling liquid-cooling[J]. Journal of Automotive Safety and Energy, 2022, 13(3): 535-540.

图/表 15

图1 热电—液冷耦合系统

磷酸铁锂电池	标准电压	3.2 V
	充电截止电压	3.65 V
	放电截止电压	2.5 V
	标准容量	50 Ah
	最大放电电流	150 A
	最大充电电流	75 A
	内阻	≤3 mΩ
TEC- 12706	最大工作电流	6 A
	标准工作电压	12 V
	几何尺寸	30 mm×30 mm×3.5 mm
液冷板	几何尺寸	378 mm×145 mm×6 mm

表1 热电热管理系统器件参数表

图2 热电-液冷耦合系统实验台架

图3 电池测温点布置

设备名称	量程	精度	型号	生产厂家
充放电仪器	30 V, 100 A	0.01%	CT-4001	深圳新威
温度巡检仪	-100~200 ℃	0.20%	AT4532	常州安柏
蠕动泵	0.3~6 L/min	3.00%	WT600S	保定雷弗
恒温水箱	-5~100 ℃	±0.1 ℃	DC0506	上海助蓝
恒温箱	-5~65 ℃	±0.1 ℃	SHP150	上海精宏
直流电源	10 V, 100 A	0.3%	DP3010B	迈斯泰克

表2 测试仪器的主要参数

图4 不同冷却方式下电池组最高温度θmax的变化曲线

图5 不同冷却方式下电池组温差θdiff的变化

图6 不同冷却液流量qV下电池组最高温度θmax变化

图7 不同流量qV下电池组的温差θdiff变化

图8 不同冷却液温度θcool下电池组最高温度θmax的变化

图9 不同冷却液温度θcool下电池组的温差θdiff变化

图10 不同放电倍率下电池组最高温度θmax的变化曲线

图11 不同放电倍率下电池组温差θdiff特性

图12 电池组循环充放电最高温度θmax特性

图13 不同冷却方式下电池组充放电过程中的温差θdiff

参考文献 16

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