电动汽车动力电池液冷系统性能研究

近些年随着能源和环境问题不断恶化,电动汽车得到了快速的发展,锂离子电池作为电动汽车的动力来源,对工作温度的要求较为苛刻,过低或过高的温度都会影响其使用性能,因此关于电池热管理的研究越来越受到重视。电池热管理主要有低温供暖和高温散热两个方向,高温散热主要通过空冷、相变材料冷却和液冷三种方式解决,本文选择目前最广泛使用的间接接触液体冷却方式作为研究对象,通过建立液冷系统的一维仿真模型,分析电池在液冷条件下的温度特性,对液冷系统的产品开发设计提供理论和实验依据。动力电池的间接接触式液冷系统主要分为两个部分,压缩制冷循环和冷却液回路。压缩制冷循环作为液冷系统的冷源,采用一维稳态分布参数模型,通过顺序迭代的方式逐一计算系统中各个组成部件的温度和压力等物性参数的特性,本文通过仿真和实验相结合的方式,对模型进行验证。冷却液回路围绕动力电池建立一维非稳态模型,将三维电池包的物理模型进行适当简化,并根据电池包尺寸结构大小和布置方式设计水冷板的结构,将其作为电池的第三类对流边界条件,与压缩制冷系统相耦合,组成液冷系统的一维非稳态模型。通过给定制冷系统的运行工况和边界条件,分析不同工作电流和导热性能的电池组的温度特性。通过仿真计算的结果发现,在外界环境温度为38℃,冷凝风机满负荷运转,压缩机转速6000r/min,水泵流量25L/min的条件下,导热系数不同的三种电池的温度场随着工作电流由100A(0.5C)增加至600A(3C)而逐渐趋于一致,仅在100A(0.5C)工作电流下能够达到稳定。电池组最高温度的变化特性主要由工作电流决定,在最大充放电时长内,几乎都无法达到稳态,并且当工作电流持续超过200A(1C)时,液冷系统无法将电池组的最高温度控制在40℃以下。最大温差的变化特性同时受导热性能和工作电流影响,工作电流决定了最大温差的峰值,导热性能决定了电池样品能否达到均温性要求。与此同时,制冷系统的冷凝压力和蒸发量也随着工作电流的增大而增大,不过增幅较小,维持在10%以内。过冷度和过热度的变化较大,随着工作电流的增大显著提升。