热电制冷应用于动力电池散热系统的模拟研究

锂离子动力电池因其具有较高的电压平台、比能量和充放电效率等优势而被广泛应用于电动汽车(EV)。但是在锂离子电池应用的同时产生了许多问题,尤其是温度对电池的性能以及寿命的影响。因此合理的散热方式成为了研究人员十分重视的问题。鉴于热电制冷具有冷热端灵活转换,高可靠性,高安全性等优点,本文将热电制冷应用于蓄电池的热管理,解决了锂离子电池在高温环境下温控问题。本文主要研究研究内容如下:(1)锂离子电池的生热机理和热特性,根据理论公式计算电池的温度变化,热物性参数以及产热量,确定了热电模块的两种冷负荷50W与90W。(2)设计了一种电池-热电散热系统,建立散热系统的传热网络图,给出系统各部分热阻的计算公式,利用热-电类比原理,在Pspice中建立电学等效模型,并在环境温度为37℃下对系统性能进行仿真分析,研究表明:热电模块的工作电压、热端热阻和环境温度等对制冷系统的性能有显著的影响。随着电压的增大,热源温度先增大后减小,存在电压U=13V,使热源温度最低为35℃;热端散热环境对制冷系统的性能影响较大,风量越大,热源温度越低,当风量超过80CFM时,热源的温度趋于恒定;环境温度越高,热源温度越高,但具有相同的电压U=13V使热源温度最低。冷负荷的大小决定了热电模块的数量,2个热电模块的最大制冷量为93W,能够满足电池单体最大的散热需求。(3)根据传热模型的结果以及电池的物性参数,在CFD软件中建立相邻两块电池单体的散热系统物理模型,着重对热电模块的数量与热管数量对电池单体表面温度的影响进行了分析,研究发现加入热电模块比单纯的风冷降低6℃;最大电流放电时,使用3块热电模块只比4块热电模块高了2℃,这可以减少系统中热电模块的使用;热管的加入可以降低4℃的电池表面平均温差,起到了较好的传热效果。电池温度的控制可以通过风量和电流的双重调节来实现,但风量的影响大于电流。