某款软包锂离子电池组温度场研究及其热管理系统的实现

能源短缺和环境污染是我们亟待解决的两大世界难题,电动汽车以动力电池作为能量源,它的出现极大地减少了对化石燃料的消耗。电池的能量密度很高,在使用过程中会放出大量热量,如不能够将这些产热及时散失,将造成动力电池温度过高,影响电池的正常使用安全和使用寿命。因此如何降低电池温升、提高动力电池均温性,成为当下到动力电池研究的重点。本文针对某电动汽车软包锂离子电池产热和散热问题进行研究。主要研究内容如下:(1)查阅国内外相关文献,分析得到三元锂电池内部产热可以分为反应热、欧姆热和极化热,分别与电池电动势温升系数、欧姆内阻和极化内阻相关。建立关于电池电动势温升系数、欧姆内阻以及极化内阻的软包锂离子电池产热数学模型。(2)搭建锂离子电池性能实验平台,分别进行充放电实验、放电温升实验、内阻测试实验以及电动势温升系数测试实验。得到不同环境温度、不同放电倍率下电池表面温升变化曲线;不同放电倍率、不同环境温度下,锂电池欧姆内阻和极化内阻随电池SOC(State Of Charge)的变化曲线;锂电池电动势温升系数随SOC的变化趋势。(3)建立软包三元锂电池单体三维仿真模型,通过瞬态仿真方法对锂电池单体进行仿真研究,研究环境温度、放电倍率对电池表面温升的影响。将仿真结果同电池温升实验测得的实验数据进行对比,验证了本文建立的电池产热模型能够准确地反应电池内部产热,准确性高。(4)本文采用液冷板液冷方法对电池组进行冷却散热,冷却液工质为50%乙二醇。研究了液冷板内肋片宽度、出口高度、流道数量以及肋片长度等参数对液冷板流动换热性能的影响。根据正交试验方法建立四因素四水平实验方案,研究流道数量、肋片长度、肋片宽度、出口高度对液冷板性能的共同作用,以综合性能参数JF因子为评价标准,得到性能最优的液冷板结构。(5)利用建模软件搭建由15块单体锂电池及性能最优的液冷板组成的电池组散热模型,根据瞬态仿真分析方法对电池组散热性能进行仿真分析。分别研究冷却液进口温度和流速、环境温度对电池组液冷板散热性能的影响。提出将电池间间隔的绝缘硅胶替换为铝板,以及将电池组垂直放置方式改为水平放置的优化方案提升了电池组的散热性能。