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一种热泵系统中电池传热装置的仿真方法及装置 

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摘要:本发明提供了一种热泵系统中电池传热装置的仿真方法及装置,在对电池传热装置进行初始几何建模后,根据几何模型构建电池传热装置的蒸发冷凝换热模型,通过将导热微分方程与蒸发冷凝换热模型进行耦合模拟采用制冷剂蒸发为电池降温与采用制冷剂冷凝为电池加热的过程,实现对电池传热装置的仿真,在电池降温过程中的参考出口过热度和电池组最大温差以及电池加热过程中的参考出口过冷度和电池组最大温差均满足电池传热设计需求的情况下,输出该几何模型,反之则重新进行电池传热装置的几何建模及仿真。本发明实现对电池传热装置的仿真优化设计,降低了优化设计成本,缩短了优化设计周期,提高了优化设计效率。

主权项:1.一种热泵系统中电池传热装置的仿真方法,其特征在于,包括:根据用户输入的几何建模参数对电池传热装置和电池组进行整体建模,得到电池传热装置和电池组的整体几何模型,所述整体几何模型包括:电池组的几何模型和电池传热装置的几何模型;根据电池组的导热参数和电池组的几何模型建立电池组的导热微分方程;根据电池传热装置的几何模型和所述几何建模参数构建电池传热装置的蒸发换热模型和冷凝换热模型;对所述导热微分方程、所述蒸发换热模型和所述冷凝换热模型进行耦合,得到耦合方程;结合用户输入的工况参数,利用所述导热微分方程、所述蒸发换热模型、所述冷凝换热模型、所述耦合方程以及空气对流换热方程,模拟采用制冷剂蒸发为电池组降温以及制冷剂冷凝为电池组加热的过程,获取电池组降温过程中的参考出口过热度和电池组最大温差,以及电池组加热过程中的参考出口过冷度和电池组最大温差,所述参考出口过热度为电池组降温过程中电池组温度降低至目标温度时电池传热装置内制冷剂的出口过热度,所述参考出口过冷度为电池组加热过程中电池组温度升高到目标温度时电池传热装置内制冷剂的出口过冷度;在电池组降温过程中的所述参考出口过热度和电池组最大温差,以及电池加热过程中的所述参考出口过冷度和电池组最大温差均满足电池传热设计需求的情况下,输出电池传热装置的几何模型;在电池组降温过程中的所述参考出口过热度和电池组最大温差,或者,电池加热过程中的所述参考出口过冷度和电池组最大温差不满足电池传热设计需求的情况下,获取用户再次输入的几何建模参数,执行根据用户输入的几何建模参数对电池传热装置和电池组进行整体建模,得到电池传热装置和电池组的整体几何模型的步骤;其中,所述根据电池传热装置的几何模型和所述几何建模参数构建电池传热装置的蒸发换热模型和冷凝换热模型,包括:根据电池传热装置的几何模型,将电池传热装置沿内部制冷剂流道划分为多个流道微元;对每个所述流道微元的制冷剂侧进行建模,得到每个所述流道微元的制冷剂换热量方程;根据换热系数、导热硅胶厚度和导热硅胶的导热系数,构建等效导热系数计算方程;其中,换热系数、导热硅胶厚度和导热硅胶的导热系数根据所述几何建模参数确定;对每个所述流道微元上电池底部到电池传热装置的传热过程进行建模,得到表示所述流道微元的制冷剂换热量与等效导热系数之间关系的传热方程;当换热系数为蒸发换热系数时,所述制冷剂换热量方程、所述等效导热系数计算方程和所述传热方程构成所述蒸发换热模型;当换热系数为冷凝换热系数时,所述制冷剂换热量方程、所述等效导热系数计算方程和所述传热方程构成所述冷凝换热模型;其中,所述根据电池组的导热参数和电池组的几何模型建立电池组的导热微分方程为: 其中,ρ为电池微元的密度,cp为微元比热容,T为电池温度,t为时间,λ为电池的导热系数,x、y和z分别表示电池组的坐标,ΦV为电池组产热速率,单位Wm3;其中,所述得到每个流道微元的制冷剂换热量方程为:Qr=GrXout-Xinhig其中,Qr为流道微元制冷剂的换热量,Xin为流道微元制冷剂入口干度,Xout为流道微元制冷剂出口干度,hig为制冷剂在蒸发冷凝温度下的潜热,Gr为制冷剂质量流量;其中,所述等效导热系数计算方程为:H=11hec+lgλg所述传热方程为:Qr=HTb-Tf所述耦合方程为: 其中,H为等效导热系数,hec为蒸发冷凝换热系数,lg为导热硅胶厚度,λg为导热系数,Qr为所述流道微元制冷剂的换热量,Tb为所述流道微元与传热装置接触的底部电池温度,Tf为制冷剂出口温度,T为电池温度,n为电池表面的外法线,λ为电池的导热系数。

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