纯电动环卫车电池模组散热结构设计与优化

推进燃油汽车电气化转型,发展新能源汽车,对于缓解人类能源危机、环境污染、气候变暖具有积极的意义。环卫车较普通乘用车辆而言,具有更稳定的工作环境和更好的充电条件,因此环卫车的电动化具有较大的可行性和推广价值。电池包是电动环卫车的核心零部件,电池包内温度过高会引发电池热失控,造成车辆自燃甚至爆炸。电池单体之间的不一致性,会导致电池之间发热功率和温度不同,进而引起电池系统性能和安全性的降低。因此,电池热管理系统必须能够有效调控电池包内最高温度rmax和电池单体间最大温差△r。对动力电池散热结构进行设计和优化,对于提高电动环卫车电池系统寿命、性能和安全性具有重要意义。主要研究内容如下:(1)电池选取和散热形式的确定。笔者首先对比了市面上常用的锂离子电池及其特点,选定磷酸铁锂电池为环卫车使用的动力电池。通过对常用电池热管理系统的分析对比,选定以空气冷却作为电动环卫车电池散热系统的冷却形式。(2)电池温度性能测试和热模型的建立。对电池单体进行环境性能测试,探究温度对所选型号磷酸铁锂电池放电容量和内阻的影响规律。并将所得到的温度性能曲线用于该型号磷酸铁锂电池单体有限元建模的建立和验证。(3)电池一致性评价和成组筛选。对选定的磷酸铁锂电池进行了 一致性筛选,将筛选出的十块电池单体成组,用于模组实验。并建立电池模组的CFD模型,通过对比CFD方法和实验方法下,电池模组1C和1.5C放电时电池表面测点温升曲线,验证了 CFD模型的有效性。(4)散热结构参数优化。基于控制因素法,通过CFD仿真计算,探究电池箱进出风口扰流板角度和电池单体间隙布置形式对电池散热结构控温效果和功耗的影响规律;基于控制变量法的仿真数据,通过对正交试验表头的设计,考察四个设计变量和变量之间的交互作用对电池组热管理系统散热效果和功耗的影响;通过极差分析得出各变量的最佳水平组合。经过设计和优化后的散热结构,能够使得电池模组常温下大倍率放电时,模组内电池能够处于适宜的工作温度下,且单体间温差较小。电池热管理系统的功耗也得以降低。