电动汽车电池组液冷散热分析与优化

锂离子电池作为纯电动汽车的主要储能部件,直接决定了汽车的动力性能、行驶里程以及工作稳定性等。在纯电动汽车行驶过程中,锂离子电池放电时会释放大量的热量,易导致电池包内出现温度过高,温差过大等问题,严重时会引发自燃、爆炸等事故。高效率的电池热管理系统对于提升纯电动汽车与动力电池的性能具有重大意义。本文基于传热学和计算流体力学原理,以电动物流车电池组为研究对象,对电池组的散热性能展开了研究。本文的研究内容及成果如下:首先,对锂离子电池的生热机理与传热特性进行分析,在此基础上建立电池的生热速率模型,并确立了其热物性参数,作为后续研究的理论基础。其次,对该款磷酸铁锂电池进行内阻与温升试验,获得不同工况下试验数据,研究电池内阻与SOC、温度的关系。通过有限元软件Fluent并结合试验数据建立该磷酸铁锂电池的有限元热模型,对电池不同工况下放电进行仿真,仿真与试验结果一致性较高,该有限元热模型可有效地反映该磷酸铁锂电池的温度变化情况。然后,以电池模组为研究对象,采用计算流体动力学的方法对提出两种流道结构与常见的流道结构下液冷电池模组的散热性能进行了仿真。从散热性能、流量分配均匀性和流道压降的角度进行对比分析,确定综合性能最佳的结构方案。针对选定流道结构,探究了进出口位置、冷却液进口流量、冷却液温度、流道宽度以及流道高度等因素对模组散热性能的影响规律。最后,以流道结构参数作为试验因素,电池模组最高温度和最大温差作为评价指标,利用响应面优化算法得到流道结构优化方案,并通过仿真验证其优化效果,优化后电池模组最大温升下降了10.3%。建立电池包有限元热模型,对冷板连接方式进行优化,改进后模型最大温差降低了14.5%,电池包整体温度均匀性明显改善。研究发现,该模型中流道结构参数对电池组的最大温升影响程度较大;而冷板连接方式对电池组的温度均匀性影响程度较大。该研究方法和模型结构可为今后电池包散热结构设计提供一定的参考依据。