有轨电车因为其大运载量、低运行成本、无直接污染等优势,受到世界各国的青睐。钛酸锂电池作为有轨电车动力系统的组成部分之一,其性能的好坏直接影响到有轨电车的发展。然而,钛酸锂电池在充放电时会产生热量,当电池温度过高或者电池组内电池间温差过大时,不仅会影响电池的使用性能和使用寿命,甚至会发生起火、爆炸等危险。所以,对电池组进行有效的温度控制,使电池处于适宜的温度范围内正常工作,对于有轨电车的发展具有重要意义。因此,本文针对有轨电车车载钛酸锂电池,设计了相变材料-空气耦合温度控制系统,并通过理论分析、实验研究和三维数值计算等方法对相变材料-空气耦合温度控制系统进行了研究分析,研究成果可为有轨电车车载钛酸锂电池的散热设计提供参考。主要研究内容如下:本文首先简要阐述了锂离子电池的基本结构和生热原理,并对钛酸锂电池的生热模型作了假设和简化。然后计算出了钛酸锂电池的物性参数及生热速率,并通过采用实验与数值计算的对比验证了钛酸锂单体电池生热模型的可靠性,为电池组温度控制系统的研究分析提供了理论基础。针对钛酸锂电池的形状尺寸,并结合动力电池常用散热方式的优点,选择泡沫铜/石蜡复合相变材料作为冷却介质,设计出了相变材料-空气耦合温度控制系统。然后根据实验研究分析了电池充放电倍率为1C和2C时,相变材料-空气耦合温度控制系统对电池温度的控制效果。采用Fluent软件建立了相变材料-空气耦合温度控制系统数值计算模型,并通过实验数据验证了数值计算方法的可靠性。然后利用验证后的数值计算方法和模型分析了相变材料-空气耦合温度控制系统中电池充放电倍率、复合相变材料、对流换热区导热片高度和冷却空气等因素对温度控制效果的影响。最后采用多元线性回归分析法得到了相变材料处于糊状区时,相变材料-空气耦合温度控制系统对流换热区努塞尔数Nu的关联式,并在此基础上通过理论推导得到了相变材料-空气耦合温度控制系统对流换热区的对流换热量Q与对流换热区导热片高度H、冷却空气进口温度tm、冷却空气流动速度V之间的关系式,该关系式可为相变材料-空气耦合温度控制系统的设计提供参考。