电动汽车动力锂电池包结构设计及其液冷散热性能研究

动力锂电池作为新能源汽车直接的动力来源,对电动汽车的整体性能有着重要影响。锂电池温度必须处于适宜的温度范围内,并且电池的温差也不能过大,温度过高或者过低都会降低锂电池的循环寿命和使用性能。因此,设计一款结构紧凑、效率高、可靠性强、能够适应不同环境温度和使用工况的动力锂电池液流换热系统显得尤为重要。为了研究温度对锂电池性能的影响,本文对锂电池的特点、生热机理和传热特性进行了理论分析,并建立了数学模型,计算出锂电池的物性参数。根据电池包设计要求,利用SolidWorks三维建模软件完成了动力锂电池模组、电池包和集成式水箱的结构设计,并利用ANSYS有限元分析软件完成了电池包箱体的静强度仿真和模态分析,验证了所设计的电池包箱体的合理性。为了研究环境温度、放电倍率、液冷板结构对电池包发热的影响,利用Fluent有限元仿真软件完成了电池包温度变化的模拟仿真,结果表明环境温度越高、放电倍率越大,电池包温升越大。针对设计的三款液冷板,分别进行了不同放电倍率的电池包液冷模拟仿真,结果表明下置式单进出液冷板效果最差,下置式双进出液冷板可以有效降低液冷板进水口和出水口的温差,但是制冷效果仍不够理想,内置式双进出液冷板综合制冷效果最好。仿真分析了冷却液流速和比热容的大小对电池包温升的影响,结果发现冷却流速越高、比热容越大电池包的温升越低。根据制定的电池包冷却液循环路径,完成了环境温度为253K的电池包预热模拟仿真,结果表明所设计的液流换热系统具有理想的预热效果。为了进一步研究电池包液冷换热装置的有效性,加工出电池包实物模型,分别进行了0.5C、1C倍率充电,电池包采用自然冷却和液冷的实验,结果表明充电倍率越大,电池包的温度越高,液冷的冷却效果明显优于自然冷却。进行了0.7C倍率放电,电池包采用自然冷却和液冷的实验,结果表明0.7C倍率放电状态下,本文所设计的液冷换热装置具有较好的冷却效果,能够将电池包的温度控制在合理的范围之内。