车用动力锂离子电池组热防护与散热集成研究

车用锂离子电池组的安全高效运行依赖于良好的散热以及热失控触发后有效隔离,然而热防护技术与冷却措施在热管理系统中对传热特性的需求恰好相悖。针对这一矛盾,提出了在电池模组叠层之间安置由隔热板与热管组成的夹层结构。一方面通过设置隔热板延缓热失控的传递;另一方面通过合理布置热管,改善增加隔热板后电池组的散热问题。本文采用理论研究、仿真分析结合实验、文献验证的研究方法,分别建立了锂离子电池单体电化学-热耦合模型、动力电池组强制风冷模型以及基于热管冷却结合热防护的热管理系统模型,通过对比分析,验证热管冷却系统与热防护技术集成的热管理系统可行性。首先,通过实验数据对锂离子性能进行评估,分析研究电池的基本特性。基于COMSOL Multiphysics软件搭建锂离子电池电化学-热耦合模型,并通过实验数据验证。在此基础上计算锂离子电芯产热量,为后续采用不同热管理系统的电池组建模提供数据。其次,基于CFD软件对某采用强制风冷冷却方式的车用电池组进行建模。仿真结果表明,叠片布置的软包电池在强制风冷冷却方式下容易导致温度不均,尤其在冷却空气温度升高时更明显。同时,提高风速的方式并不能有效提高电池组的散热性能和温均性。然后,针对叠片布置的软包电池,提出了一种采用热管冷却与热防护技术集成的热管理系统。并且基于MATLAB/Simulink软件搭建四种不同的热管理系统模型,通过对电池组内最高温度及最大温差比较,验证上述集成系统可行性。同时,进一步探究热管参数设计对动力电池组的冷却性能影响,为其它电池组应用此集成热管理系统提供依据。最后,对本文工作进行了总结,并对未来热管理方案提出展望。