新能源汽车方形动力锂电池散热及优化设计研究

本文以方形的磷酸铁锂动力电池作为研究对象,主要以仿真模拟的方法对电池单体进行生热以及电池组散热的温度场研究,并对动力锂电池组散热结构采取优化设计,显著提高磷酸铁锂动力电池散热效果及热稳定性。设计了一种复合散热装置,结合液冷散热和相变材料冷却散热,使得动力锂电池散热性能达到最优化。本文的主要研究工作如下:1.建立动力锂电池单体和电池组的结构和网格模型。对动力锂电池单体以1C、2C、3C的放电倍率为基础进行了生热特性的仿真模拟研究,其计算结果与已有实验结果基本一致。采用控制变量法在不同环境温度和不同对流强度下对动力锂电池单体以及在不同冷却液入口速度、不同冷却液初始温度和不同冷却液浓度下对动力锂电池组分别进行生热和散热的仿真模拟研究及分析。结果表明,降低环境温度和增加对流强度可以有效的抑制动力锂电池的温升,较快的冷却液入口速度、较低的冷却初始温度以及浓度较低的冷却液均可降低动力锂电池的温度,但无法保证温差处于合理范围内,这为动力锂电池生热和电池组散热实际工程应用提供一定的参考价值。2.对动力锂电池的直接接触液冷模型进行优化设计研究。将光滑电池箱壁面改为肋条状壁面,并研究动力锂电池组的散热性能随肋条高度变化的影响。结果表明,随着肋条高度从0mm增加到10mm,动力锂电池表面Nusselt数从121.8升高到195.2,换热效果明显增强,动力锂电池表面的最高温度和最大温差分别降低了13.1℃和12.7℃,下降幅度分别为原先的30%和74.3%。3.设计发明一种动力锂电池组复合散热装置。装置是以液冷和相变材料冷却为基础的。单一的液冷方式不能满足电池散热的均匀一致性,往往靠近冷却液入口区域的锂电池散热效果好,而冷却液出口区域散热效果却不佳,所以本装置是结合了液冷模块和相变材料冷却模块,间接接触液冷模块对两侧动力锂电池实施冷却,而相变材料冷却模块则对中心位置的动力锂电池实施冷却,结合两种散热优势并弥补了各自的不足,使锂电池的散热性能达到最优化,该发明已申请国家专利,可提供一定的参考。