高寒环境下电动汽车动力电池热管理的研究

近年纯电动汽车行业在全球范围内迅速发展,而在高寒区域(高海拔、高纬度等具有严寒气候的部分地区),配置常规热管理系统的纯电动汽车在严寒气候下由于动力电池无法充电、冷启动困难、放电容量巨幅缩减而巡航里程大大缩短甚至无法启动。本文通过数值仿真与实验研究相结合的方法设计了一种能同时适应高寒严寒气候与常温气候的纯电动汽车动力电池热管理系统。对镍钴锰三元材料锂电池(简称三元锂电池),进行了-35～-20°C温度下放电实验研究,并对其放电性能进行了分析。实验结果表明,随着温度降低,三元锂电池放电初始电压过低及容量衰减现象更加明显。使用三元锂电池单体作为研究对象,进行了绝热环境下的比热容测量试验及其0.5C、1C、2C充放电温升曲线测量试验、导热系数测量试验以及充放电红外热成像试验,为后续的仿真计算提供了实验数据支持。基于实验数据建立了三元锂电池的单体生热模型,并利用电池单体放电实验温升曲线对其精度进行了验证。运用实验与仿真相结合的方法确定了较接近电池pack内部热环境的自然对流系数。设计了一种复合相变材料与冷却液耦合传热的电池散热方案,通过仿真计算分析了冷却液流动方向、流速、初温等因素对散热效果的影响。采用PI加热膜设计了TH板加热和电池底面加热两种加热方案,并对两种方案的加热效果进行仿真计算分析,结果表明TH板加热方案只需600s即可将电池单体由-30°C均匀的加热至10°C。进一步设计了一种同时具备散热功能和低温气候条件下加热功能的电池pack热管理系统,并对该热管理系统进行了仿真研究,结果表明在1.9167?10-4m3/s的冷却液流量下,可将电池pack的温度控制在35°C以内;系统可在600s时间内完成对电池组的均匀预热。设计三元锂电池单体从-30°C环境回温到各温度点的充放电实验,确定了-10°C与10°C分别为预热循环工况的加热起、止温度点。保证动力电池组在启动预热循环工况后,24h内可随时正常运行。