锂离子动力电池组液冷散热性能分析及其场协同优化

为缓解化石燃料引起的日趋严重的环境污染问题和能源危机问题,针对传统汽车工业,全球范围内主要的国家和地区均开展了新能源汽车的研发和推广工作。纯电动汽车、混合动力汽车、插电式混合动力汽车等被看作是目前最有发展前景的未来交通解决方案。作为当前新能源汽车和家用储能装置的核心的锂电池,其工作性能,包括循环寿命、放电容量、安全性能均受到工作温度的极大影响。因此,为了保障装置的安全和性能的高效,锂电池热管理系统越来越被各方所重视。本文以长沙市科技局重点项目[kh1601129]为依托,结合已有的研究成果及传热基础理论,综合采用仿真模拟与实验结合的方法,研究了由60节三元18650锂电池构成的液冷电池组的散热性能。论文的主要工作和创新点如下:(1)建立了单体电池的产热模型,在锂离子电池自身电化学工作机理和内部构造的基础上,通过实验和参考相关文献获取了所需要的单体模型参数,对电池单体在不同放电倍率下的产热进行了数值模拟,获得了在不同换热工况下放电结束后的单体电池温度分布,并实验验证了单体模型的可靠性。(2)结合对电池单体热模型的分析,初步设计出了一种液冷式电池组的基本结构,对此液冷电池组的散热性能进行了仿真研究,分析了不同放电倍率、不同冷却液进口流量和进口温度下放电结束后的电池组温度分布情况。(3)为了对初始模组进行散热性能优化,采用场协同原理,详细分析了冷却平板管道中冷却液在不同流量下的热流协同性,提出了并行式多流道冷却性能在同流量下优于单流道的理论依据,并在相同工况下对并行式2流道和3流道的冷却性能进行了仿真分析,获得了放电结束后并行式2流道和3流道的冷却平板和电池组的温度分布,以及最佳冷却性能时的并行式3流道冷却液流向。