基于动力电池热管理的复合式制冷系统设计

随着能源危机和环境污染问题的加剧,电动汽车受到越来越多重视。动力电池作为电动汽车的动力源泉,其性能和寿命是电动汽车发展的关键。动力电池性能和寿命受到其工作的温度和温度一致性的影响很大,为了对动力电池的工作温度进行有效控制,需要电池热管理系统为电池提供制冷或制热服务。当动力电池在大倍率持续充放电时,如果不能将电池内部因化学反应迅速产生的大量热量快速有效地散出,就可能导致电池热失控、电解液氧化燃烧、甚至爆炸等现象发生,此外电池温度过高还会导致电池内不可逆反应物增多、电池可用容量减小和电池使用寿命缩短等一系列问题;当电池温度过低时,将会导致电池活性衰减、电池充电电流显著下降、充电时间延长、充电速率显著下降等问题。受制于工作原理和所采用冷却介质温度的限制,传统的电池热管理系统不能高效且节能地控制动力电池工作温度及其温度的一致性。针对目前动力电池热管理系统存在的上述问题,以节能、可靠、高适应性和良好调节性为目标,本文提出了一种新型复合式电池热管理系统,将动力型分离式热管与汽车空调系统进行耦合,根据车外环境空气温度、动力电池温度等参数选择不同的工作模式,并对其可行性进行了研究。主要包括以下几方面内容:(1)查阅国内外动力电池热管理与动力型分离式热管/蒸汽压缩复合式制冷系统相关的文献,深入且系统地了解了目前动力电池散热研究状况和复合式制冷系统的研究状况,探索将动力型分离式热管/蒸汽压缩复合式制冷系统应用于动力电池包热管理的可行性;(2)针对本文提出的新型复合式电池热管理方案,详细地论述了其系统构成和工质循环过程,并对其工作原理和不同工作模式进行了详细分析,从工作原理上对比分析了该电池热管理系统较常规蒸汽压缩式制冷系统在降低系统综合能耗方面的优势;(3)在新型复合式电池热管理系统运行原理的基础上,详细地论述该系统的不同工作模式,以及如何根据外界环境空气温度和电池工作温度切换不同工作模式,并进一步完善了该电池热管理系统的控制策略,为工程实践提供参考数据;(4)在前述工作基础上,针对一典型纯电动汽车电池包的散热需求,对新型复合式热管理系统中的各主要部件进行了设计和选型计算,为工程实践提供参考方案。