基于微小通道的纯电动汽车软包电池组热管理结构优化设计

环境恶化和化石能源危机成为制约汽车工业发展的重要因素,迫使电动汽车回到历史舞台。由于动力电池组可靠性对温度变化趋于敏感,随着整车电池容量及数量的提升,采取行之有效的热管理方案变得极为重要。本文将理论、仿真和试验三种研究方法相结合,根据锂离子动力电池组热管理系统高低温设计要求,结合单体锂离子电池的结构及热特性,设计了一款具有微小通道热管理结构的电池组,并对该热管理结构进行优化。本文所做工作主要分为以下几个方面:(1)跟踪液冷热管理技术的发展现状,并明确了液冷热管理技术在整车应用中的关键地位。(2)介绍电池充放电机理及特性参数,结合传热学及计算流体力学基本理论,分析了电池的三种散热途径,采用结构化的六面体网格及SST k-omega湍流模型进行仿真。(3)根据整车性能及电池组空间要求,确定动力电池基本布局;等效模型并求解电池内核的热物性参数;简化电池生热模型,确定各区域功率密度;采用试验方法测得电池在0.5C和1C放电条件下的绝热温升;根据高低温工况要求,对双电池模组热管理结构进行设计校核,确定液冷板入口流量及加热片功率,并与仿真结果结果进行比对,验证了仿真结果的可靠性。(4)采用仿真方法,优化分析液冷板结构及性能。当通道截面及长度相同时,带有第二种通道走向的液冷板换热性能较好,且流动损失较少;当通道总换热面积一定时,单侧10通道结构的液冷板换热性能较佳,电池内核最高温度相对较低;针对10通道液冷板,当外侧通道平均宽度为2mm、递减值为0.05mm时,流动均匀性及换热性能较优。针对高温条件下双电池模组1C放电工况,采用试验方法验证了结构较优的液冷板的换热性能。(5)当单板流量为0.0974L/min时,模组中各液冷板流量分布均匀,温差控制在3℃以内;当进出口在电池组一侧时,内部空间余量较大,压力损失较大。高温工况下,电池换热性能能够达到预期目标,然而低温时部分组件出现一定程度的退化;对散热器、泵和加热片进行选型,以满足整个热管理回路流体循环以及换热的需求。