基于锂离子动力电池液冷散热结构设计及仿真分析

随着能源日益衰竭,温室效应越来越明显,交通运输作为最大的温室气体来源之一,发展纯电动汽车替代现有的燃油车,符合我国现阶段的实际需求。动力电池作为纯电动汽车核心部件,在大电流放电等复杂工况工作时,电池组温度会迅速升高,长时间处于高温状态的电池组性能将会严重下降,长此以往电池寿命和安全性将会受到威胁,因此散热系统对动力电池组起着至关重要的作用。本文将液冷系统中冷却管道结构作为研究重点,主要研究内容如下:首先,运用理论分析、试验验证、数值模拟相结合的方式,对单体锂离子电池建立等效生热模型,利用Fluent软件对单体锂离子电池进行生热仿真,将仿真结果与试验温升结果对比分析,验证单体模型及各项物性指标的合理性。其次,针对18650锂离子电池组液冷散热系统,设计一种新型W冷却管道结构,并建立另外两种结构模型作为对比。由于液体流经冷却管道将热量传出的过程涉及多个物理耦合,采用Fluent软件可有效对这种复杂流动工况进行仿真计算。仿真结果表明:设计的W型结构可有效控制电池组温差在合理范围,相比于另外两种结构,W型散热管道结构简单,具有良好散热性和经济性。最后,分析不同冷却因素对W型散热结构散热效果的影响。结果表明:总通道截面相同的情况下,增加冷却管通道数量及不同冷却液流向对W型结构影响不大;增加冷却液进口流量可显著降低电池组温升和最大温差,但随着流量进一步增加,对散热效果影响极小;冷却液温度越接近环境温度,电池组温度场均匀性越好;进口流量不变的条件下,增加冷却管截面尺寸导致冷却液流速减少,电池组散热效果反而有所下降,因此流速也是影响散热的重要因素。