电动汽车用锂离子电池液冷散热仿真分析

电动汽车电池包内空间封闭,电芯排列密集,产生的热量很容易在内部聚集从而引发着火事故,因此必须对电池进行冷却设计,确保电池温度被控制在合理范围内。本文以某18650型三元锂离子电池为研究对象,在分析单体电池生热机理基础上,采用数值仿真的方法分析冷却液流量、冷板壁厚、冷却液温度和放电倍率对电池散热行为影响,为电池组液冷散热设计提供参考,同时为提高仿真效率,利用AMESim软件搭建电池液冷散热的一维模型进行仿真分析,为电池热管理的仿真研究提供一种新的思路。为研究电池生热特性,利用恒温箱、电池充放电仪器等设备搭建电池测试台架,采用HPPC方法测量了不同温度和不同SOC状态下单体电池内阻;利用直接测量法测量了电池熵热系数;测量了不同放电倍率下单体电池温升。结果显示:电池内阻随温度升高而减小,放电末期内阻随SOC减小快速增大;电池在放电过程中可逆反应不是总表现为放出热量,而是先放热,再吸热,再放热;电池小倍率放电时,产热以可逆反应热为主,大倍率放电时以不可逆内阻热为主。设计了电池组液冷散热系统,利用冷板对电池进行冷却,冷板与电池接触部位弯曲为50.75°以使导热面积最大化,仿真分析了不同冷却液质量流量、不同冷板厚度、不同冷却液温度、不同放电倍率对电池组冷却效果影响,通过对比研究发现,3C放电时,冷却液质量流量20g/s,可将电池组最高温度控制在36.6℃,最大温差控制在4.5℃,增大冷却液质量流量可降低电池最高温度和最大温差,但质量流量大于30g/s后,继续提高质量流量对降低最高温度和减小最大温差作用很小;综合比较电池温度变化及流道压力损失,冷板壁厚为0.5mm最为合适;降低冷却液温度可有效降低电池组最高温度,但会增大电池间最大温差,为保证电池间最大温差小于5℃,冷却液与电池初始温差应小于5℃;不同放电倍率下,液冷系统都能将电池温度控制在合理范围。利用AMESim软件模拟了不同放电倍率下单体电池温升,并与实验结果进行对比,验证了电池一维质点模型的准确性,在此基础上搭建了一维电池组液冷散热模型,模拟了不同放电倍率下电池组温度变化,与三维仿真对比了冷却液进出口处电池温升,验证了仿真的准确性。