新能源汽车动力锂离子电池热管理仿真与分析

现如今,随着不可再生资源石油的不断减少以及空气质量的不断恶化,传统燃油车的弊端越来越明显,从而促进新能源汽车的快速发展。作为新能源汽车的动力来源之一,动力锂离子电池决定着新能源汽车的整体性能。在车辆正常使用过程中,动力锂离子电池会释放很多热量,促使温度上升,而锂离子电池对温度相当敏感,如果不加以控制,会影响电池的使用寿命和安全性。因此,有必要研究锂离子电池的热特性,开发设计合理有效的电池组热管理系统。本文针对某品牌方形软包磷酸铁锂电池,通过实验和仿真结合来分析单体锂离子电池在不同温度和放电电流下的温度变化情况,以及不同冷却方式下电池组温度场分布情况,具体研究内容和结论如下:(1)分析锂离子电池充放电过程中的生热机理,并进行了单体电池在不同放电倍率下的放电实验,实验表明:单体锂离子电池温度随放电时间不断增大,放电倍率越大,产生的热量越多,温度上升趋势越明显,且当放电倍率达到2C甚至更大时,锂离子电池表面温度接近呈线性趋势增长。(2)分析锂离子电池的导热机理,并建立合适的锂离子电池三维热模型。通过相关热物性参数和生热速率的获取,仿真分析单体锂离子电池在不同温度和放电电流条件下的温升和温度变化情况,并将仿真结果与实验数据对比分析。验证了模拟仿真所建立的电池三维热模型的准确性。(3)空气单独冷却下,随着流道宽度逐渐增加,电池组最高温度和温差不断下降,但下降的幅度越来越小。双出风口的方案的气流流速要明显高于单出风口的方案,且气流沿离出风口最近路径流动,高温区域分布随出风口位置移动,移动方向指向出风口位置。(4)散热片不仅可以很好的提高电池组的散热能力,而且对改善电池组的最大温差也有很好的效果。在空气和散热片复合冷却下,随着散热片厚度的增加,电池组的最大温度和温差都会有小幅度的下降,但效果不明显。随着散热片伸出长度不断增加,电池组的散热能力有一定的提高,特别是从50mm增加到60mm时,散热能力提升的最明显,持续增加散热片伸出长度时,散热效果提高的程度会变弱。