锂离子电池热管理系统散热结构的设计和优化

社会的进步,人民对汽车的需求越来越高,汽车的人均保有量也不断增高,同时带来的尾气排放等环境问题也日益严重。电动汽车是解决环境问题的有效办法,但是克服电池技术是一项难度较大的工作。锂离子电池续航里程长,更加安全可靠,被广泛利用。为了让电池发挥更好的性能,得到最大限度的利用,并且防止出现热失控等安全问题,需要严格控制温度对电池的影响。因此,研究电池热管理系统,设计更佳的散热结构势在必行。首先对电池的生热原理、热特性、散热原理等进行分析,并且分析CFD软件对于热分析仿真的具体控制理论。对电池的基本物理参数进行分析,确定几大固定参数值并且设定导热系数、比热容、生热速率等的取值方法。然后,对广泛应用于散热结构的铝材料和相变材料进行仿真分析,可发现,铝材料\液冷相结合的散热结构对于电池的最高温度有较好控制,而相变材料\液冷散热结构对于温度均匀性的把控较好,为后面进一步设计散热结构奠定基础。接着,设计了铝板\相变材料\液冷相结合的散热结构,并具体对影响散热结果的几大关键因素,铝板厚度、水管数量、导热系数、质量流量、相变温度和进水温度进行了具体分析,得出了较为理想的参数设置,并且能有效的控制电池的最高温度和最大温差。最后,运用正交试验法,将正交结果进行极差、方差、综合平衡法分析,研究影响因素的显著性以及合理的最优值,得到最佳的散热方案。基于正交试验法,利用多元非线性回归方法,优化得到更加理想的温度值。两种优化方法各有优点又相互联系,有效的控制了电池的最高温度和最大温差,对于设计电池热管理系统有较好的指导意义。