某叉车动力电池组的热管理设计

论文总字数：22233字

摘 要

当今推行节能减排的社会，电动车占有汽车市场越来越大的比例，而电动叉车也正是电动车的一类。叉车动力电池组作为叉车的动力来源，在物流线上和工厂仓库等场所具有广泛的使用。因为电池组是作为唯一的动力能量来源，所以它性能的好坏就直接关联到叉车整体质量的好坏。

某公司叉车使用的电池组主要由若干铅酸电池单元组成。电池单元规则排列存放在电池箱内，经电极连接导线即连接件连接而成。电池在实际运行时的充电/放电过程中的电流大小不同，引起叉车电池组温度场长时间的不均匀分布，这就造成电池单元性能的下降以及单元间性能的不平衡。设计有效的方案并且建立有效的散热系统是电池组安全高效的重要保障。该铅蓄电池排列紧密，相邻模块之间的间隙空间非常有限，铅蓄电池在充放电时所产生的热量无法通过热交换排出，导致电池温度上升很大，从而对电池的性能以及使用寿命产生了影响。设计要求在充电时的温度初步控制在目前温度(50-55度)基础上，降低5-10度。

本文从散热原理出发，提出三个不同的散热方案：强制换热、冷却液系统散热、相变材料散热。考虑多方面因素最终确定了最佳方案，即冷板--水循环冷却系统的方案。在狭窄的空间里放置冷板，冷板内置水流通道，并连接外管路形成水冷却回路，其中冷板是此散热系统的关键。散热过程为电池热量先传递到与其接触的金属冷板，再传递到低温的水里，高温的水经过外部换热器重新冷却后又流经冷板，不断循环，最终达到冷却效果。本文对冷板和电池单元框架等零部件的结构设计和制造方法以及最后的总装配方法进行了详细的讲解。

关键词：叉车动力电池，散热，冷板，冷却系统，结构设计

Abstract

Nowdays is a society of implementation of energy conservation, electric cars occupy an increasing share of the automotive market, but it is also a class of electric forklift electric vehicles.As a DC power supply, forklift battery is widely used in airports, railway stations, ports, vegetable and fruit market, factory warehouses and other places. The power battery is the only power source for truck, so the performance of the battery pack is especially important.

A company's forklift battery pack consists of a number of lead-acid battery units. Battery unit is installed in a battery case, they are connected with the connecting piece. Battery current is different in the actual operation of the charge / discharge, making uneven distribution of temperature field of the battery pack for a long time and causing uneven performance of each battery module and single battery. Establish an effective cooling system is an important guarantee for the safe and efficient of power battery. The lead battery is arranged closely, the space between adjacent modules is limited, heat generated by the lead battery during charging and discharging can not be discharged through the heat exchange, causing the battery temperature rises greatly, thereby affecting the performance and life of the battery. Design requires the temperature to reduce 5-10 degrees in charging based on the temperature which is controlled in the current temperature (50 to 55 degrees).

From the cooling principle, this paper puts forward three different cooling scheme, considering various factors the best solution was determined ultimately, that is the cold plate- water circulation cooling system. Cold plate is the key to this cooling system, the cold plate is placed in a narrow space, water channes are built in it, and connecting the outer pipe to form a water cooling circuit. Battery heat firstly transfers to the metal cold plate which contacted with it, and then passed to the low temperature water, high temperature water through the external heat exchanger and then flows through the cooling cold plate with continuous cycle, and ultimately achieve the cooling effect. The paper makes a detailed explanation of the structure design of the cold plate,battery union frame and other parts and manufacturing methods, and the final total assembly method.

Keywords: forklift power battery, cooling, cold plate, the cooling system,

目录

摘要 I

Abstract III

目录 V

第一章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 论文研究内容及方法 2

1.3.1 论文研究内容与工作 2

1.3.2 研究方法 2

1.4 论文组织结构 3

第二章 叉车电池概况与常见散热方式 5

2.1 叉车电池概况 5

2.1.1 叉车电池组 5

2.1.2 温度对电池性能的影响 5

2.2 散热方式 6

2.2.1 传导散热 6

2.2.2 对流散热 7

2.2.3 辐射散热 7

2.3 本章小结 8

第三章 叉车电池组散热方案设计 9

3.1 设计方案的提出 9

3.1.1 利用强制对流散热 9

3.1.2 利用冷却液循环系统散热 10

3.1.3 利用相变材料散热 11

3.2 设计方案的比较与确定 13

3.2.1 设计方案的优缺点比较 13

3.2.2 设计方案的最终确定 13

3.3 本章小结 15

第四章 叉车电池组散热系统结构设计 16

4.1 电池箱外箱体的设计 16

4.2 电池单元 17

4.2.1 电池单体在电池单元内的布置 17

4.2.2 电池单元的构成 17

4.2.3 电池单元内部电极接线 18

4.3 冷板的设计及加工 19

4.3.1 冷板的设计 19

4.3.2 冷板的加工 20

4.4 水管快拆接头的设计 21

4.5 散热系统外部装置 22

4.5.1 水泵 22

4.5.2 换热器 23

4.6 本章小结 24

第五章 总结与展望 25

5.1 设计总结 25

5.2 工作总结 25

5.3 展望 26

致谢 27

参考文献 29

绪论

研究背景和意义

随着科技猛跃进步和社会的快速发展，环境与能源问题渐渐得也越来越变成约束人类社会稳步向前发展的一个重要因素，全球资源的紧缺，大数量汽车排放的尾气对大气带来的污染，PM2.5值越来越高，使的电动汽车逐步取代传统汽车成为今后汽车行业发展的一个大方向^[1]。电动车辆顾名思义是以电为动力来源代替传统动力发动机的汽车，其消耗的能源为电能，电能的来源可以有很多种渠道，有燃烧煤炭的火力发电，有水力发电，还有风能、太阳能等各种新能源形式，电能的使用可以让人类放开对石油资源的依赖。电能是一种清洁无污染能源，纯电动汽车可实现零排放的效果^[2]。

电动叉车，顾名思义就是指以电为动力来源而运行的叉车，其中大部分的工作动力来源都是蓄电池。电动叉车比传统的叉车其操控更加简单，工作更灵活，在操纵方面也比内燃叉车要轻松；再者它的大多操作控制系统都是电控的，解放了工作人员的劳动；在噪音产生方面，它也比传统叉车低很多，再加上环保无污染的特点，所以越来越成为主流。另外，选用电动叉车还有一些技术方面的原因。从这些层面都不难看出，电动叉车的市场会越来越大，普及度也会慢慢增加。每年节节攀升的销量也可以看出电动叉车渐渐取代传统叉车的位置。

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