电动汽车高功率动力电池液冷系统热均衡性能研究

近年来,随着国家对新能源汽车产业的大力推动,电动汽车作为汽车工业的重要发展方向得到了广泛的关注。动力电池作为纯电动汽车核心零部件之一,其使用性能受温度影响较大,温度过高或过低都会直接导致电池的性能衰减和可靠性下降,极端情况下更会导致电池性能永久性衰减甚至起火爆炸。除此之外,在考虑电池温升的同时,热均衡性能也直接影响着电池系统的使用性能。因此高效、稳定的热管理对电池系统而言至关重要。本文在总结了电池热管理的主要方式和研究现状的基础上,针对现今纯电动乘用车电池热管理中较为热门的液冷式热管理,以计算流体力学和传热学为基础,对采用高功率方壳锂电芯的动力电池液冷热管理系统的热均衡性能进行了研究。建立了38Ah方壳锂电芯的生热模型,并对该电芯进行充放电实验,测试其在不同放电倍率下的产热功率作为CFD仿真分析的热源输入。搭建了电池模组的有限元模型,并采用Flow Simulation对基于直流道液冷板的电池模组进行了仿真分析,获得其热流场分布规律。接着本文针对直流道液冷板的热流场分布特性,在液冷板流道内添加分流片进行强化换热以提升该液冷电池模组的热均衡性能。分别从分流片的布置方式和结构参数两方面进行仿真分析。在结构参数的优化中采用正交试验设计的方法并对各因素进行了极差分析,最终结果显示采用流道内添加分流片的设计方案使得电池模组在3C放电状态下各电芯最大平均温差与无分流片方案相比下降了43.5%。在对电池模组热均衡性能的影响趋势中,分流片的偏转角度和长度对热均衡性能影响较大,并在此基础上得到了分流片结构优化方案。搭建液冷动力电池系统模型,并将优化后的分流片设计方案应用于该系统中,仿真分析动力电池系统在不同放电倍率和不同冷却液流量工况下的热流场分布特性,最终分析结果显示采用该分流片设计方案的液冷式热管理系统使得整个电池组在3C放电状态下系统最高温度44.31℃,各电芯最大平均温差2.853℃,满足车用动力电池系统使用温度要求。