电动车辆电池热平衡系统仿真分析

汽车的普及不仅推动了人类社会经济和现代文明的高速发展,也带来了严峻的能源和环境问题。传统的燃油汽车不仅使用费用高,而且对于环境的污染又特别严重。电动汽车作为传统燃油汽车的替代品之一,受到越来越多的人的关注。国内纯电动汽车产业近年发展迅猛,而电池性能是制约电动车辆发展的最重要的技术瓶颈之一。温度对电池工作的电化学性能有着巨大的影响,温度过低会使电池的内阻增大,明显降低电池容量,电池温度过高会引起电池组自燃甚至爆炸。因此必须对电池组设计一套有效的电池热管理系统,保证电动车辆的动力性能和安全性能。本文针对方形磷酸铁锂电池,利用理论分析、数值仿真模拟和实验测试相结合的方法对磷酸铁锂电池单体和电池组的热特性进行了相关研究,主要研究内容如下:通过对于国内外文献的阅读与研究,分析了各种电池热管理的优缺点,确定使用液体冷却方案。通过对于相关的文献的研究,分析了本文使用的磷酸铁锂电池的生热机理、热物性参数和生热特性等。然后通过相应的理论分析建立了仿真模型,并在Fluent软件中仿真了锂离子电池在自然对流情况下,0.5C、1C和1.5C放电下的温度场。最后进行了锂离子电池表面温升试验,实验结果与仿真结果进行对比来验证建立的仿真的模型的可靠。根据电池的温度场分布设计了液体冷却热管理系统,通过对于不同冷却管道的数目以及不同冷却液流量的对比,分析确定较优方案。针对锂离子电池温差较大的问题,本文引入相变材料来控制电池的温差,通过对比不同相变材料的相变温度以及不同相变材料的导热系数选择出较优的冷却方案。结合上述研究和电池组的相关特性,对散热系统进行相应的改进。通过Fluent软件仿真电池组在不同环境温度和不同放电倍率下的温度场。符合电池组散热要求。本文设计了电池组在寒冷环境下的加热系统进行了设计与仿真,根据仿真结果显示,符合电池组在低温环境下加热的要求。通过上述的研究,本文设计的热平衡系统满足了电池热管理的设计目标。