电动汽车动力锂电池组液冷散热系统的研究与优化

面对日益严重的环境污染问题与能源短缺问题,发展纯电动汽车是大势所趋。动力电池作为电动汽车唯一的动力来源,是当下制约电动汽车发展的瓶颈之一。由于锂离子电池对温度十分敏感,过高过低的温度都会对其性能造成严重影响,且电池组内紧密安放的电池极易引起热堆积,热重叠等一系列现象。因此对动力电池进行热管理是至关重要的。本文主要运用CFD计算流体力学仿真分析的方法,站在工程应用的角度,分别建立无间隙电池模组与正常间隙电池模组,采用保守的方案对电池模组进行热管理,提出合理的散热系统方案并对其进行研究与优化,使电动汽车的性能与热安全性得到进一步提高。本文的具体研究内容如下:(1)对锂电池的结构、工作原理、生热机理、传热理论以及温度对电池特性的影响进行了研究与分析。研究了锂离子电池的生热速率与热物性参数的计算并对其进行了估算。(2)运用CATIA软件搭建了电池单体及模组模型。运用AMESim一维仿真和Fluent三维仿真对不同放电倍率下单体锂电池的温升与不同环境温度下单体锂电池的温升进行了仿真分析,并与实验数据进行对比,验证模型的正确性。通过Fluent软件对在空气自然对流下电池模组的温升进行了仿真,验证了对电池包进行热管理的必要性。通过AMESim软件对电池热管理的方式进行了选择,并为电池包外部液流循环连接进行了两种方案散热对比,为未来的研究提供了方向。(3)对电池模组的液体冷却热管理系统进行设计,分别从三种不同冷却底板的结构、冷却液入口温度及入口速度进行单因素变量的散热分析并采用正交优化试验分析综合分析得出最佳的散热方案。(4)用Advisor软件对电动汽车的三种典型工况进行仿真分析,认为在绝大部分行程中动力电池的放电倍率不会超过1C。最后在1C倍率放电下对电池模组进行稳态液冷散热仿真,验证液冷方案的可行性能够达到预期效果。