电动汽车电池组蓄热冷却与保温结构研究

世界各国为了促进新能源汽车的发展,相继出台了一系列推广新能源汽车取代传统内燃机汽车的政策。而动力电池作为电动汽车的核心部件,直接影响着电动汽车的发展。动力电池的冷却与保温效果直接影响其性能、使用寿命、可靠性和安全性。因此,需要对电动汽车动力电池组进行有效的热管理,使电池工作在最佳的温度范围内,电池组温度均匀。基于动力电池组热管理系统的研究与应用现状,分析了常见的冷却方式的优缺点,进而设计了一种新型的动力电池组蓄热冷却与保温结构。该结构包括电池单体、冷却结构、导热结构以及蓄热结构,当电池处于工作状态时,电池之间的冷却结构对电池组进行冷却,一部分热量经由导热结构传递到蓄热结构中储存起来,另一部分热量经由电池组四周传递到环境中;当电池停止工作后,蓄热结构中的热量释放出来,起保温作用,维持电池组温度。通过对18650磷酸铁锂电池基本结构及生热机理分析,确定了电池的生热速率,确定了锂离子电池的物性参数以及模型中所采用的材料的物性参数。本文主要采用仿真的方法研究所设计模型的冷却与保温效果。首先,利用文献中的实验数据验证了本文所采用数值模拟方法的可靠性。其次,利用fluent对模型中的不同参数,如电池间距、导热结构直径、导热结构分布方式、导热结构材料、蓄热结构厚度、蓄热结构位置等,进行仿真模拟。分析不同参数对模型冷却效果的影响,优化模型结构分布与尺寸,得出顶置式蓄热结构电池模型与侧置式蓄热结构电池模型。侧置式蓄热结构电池模块更适合于大型商用电动汽车,顶置式蓄热结构电池模块可以有更广泛的应用。模拟了顶置式蓄热结构电池模型在冬夏两季的冷却与保温效果,在电池组正常的工作功率下,顶置式蓄热结构电池模型可以有效地控制电池的平均温度,与此同时电池单体之间温差理想。为了进一步改善高功率下的冷却效果,在蓄热结构外侧加装了一定数量的翅片,通过对比发现,加装了翅片的电池模型可以对大功率下的电池组进行有效的热管理。