三元动力电池包液冷散热分析及温控方法研究

在新能源汽车崛起的今天,电池作为主要的动力源,三元电池以其高能量密度,良好的循环性能等优点被市场发掘,逐渐开展对三元电池的研究。本文提出以三元锂电池为对象,以国内某家用电动汽车为载体,研究电池包的设计和其热效应。电池内部温度差异过大,会引发严重的安全事故。热管理目标:局部个体间温度差要控制在3-5℃,最高部分温度不能超过40℃,如此三元动力电池包的热分析就具有分析钻研的价值。阐述三元材料目前使用的正极材料的优异性和热管理的三种方法,选定本文使用电池包的单元为圆柱形卷绕式三元锂电池—INR26650。测试电池单体性能,分析研究对象电池单体的结构和热量来源。通过实验得到三元电池在不同倍率下表面温度变化和不同温度下放电深度的数据,分析三元锂电池的性能特点。按照EV汽车的技术参数要求,设计电池包内部结构,确定所需的容量和电压。电池的排布方式与位置,适应于汽车车身尺寸。设计电动汽车电池包的机械部分结构,从密封方法,传感器的选择,线束的设计等方面考虑。突破常规电池包上下水冷板的设计,制定适合本文电池包的双层回转式液冷结构设计。确定初期散热方式,明确热管理的流程方案,细化热管理设计目标。设计双向进出水口的水冷管结构,提出增加导热件的构想。使用三维软件绘出模型,用专业CFD流体软件来模拟电池组的流体热效应,改进水冷管设计,比较改进前后的散热优异性,最终符合最初的设计目标,使电池单体间的温差控制在合理范围内。从温控方法层面考虑减小电池温度差异化,改善液冷温控方法。为了使温控系统得到更快的响应,抛弃传统以电池温度为阀值的方法,改进方法以冷却液的温度作为阀值,并对标冷却液温度,得到最佳阀值温度。通过实车工况数据,给出在不同环境温度、电池温度、冷却温度三者下的温控工作模式和输出参数,从温控方法中实现热管理目标的进一步强化。在结构设计和温度控制方法两个层面上开展研究,最终通过试验和模拟验证,实现预期热管理目标。