电动汽车锂电池模块冷却系统设计和优化

随着人们对可再生能源和环境保护越来越重视,新能源汽车渐渐走进社会舞台,电动汽车也被再次推到了新的高度。电动汽车运行安静、平稳,并且零排放,但是动力电池的几个关键性技术仍然限制着电动汽车的普及,其中之一便是动力电池的热管理。动力电池因为使用工况特殊,经常需要在高倍率下充、放电,电池的生热速率波动较大,容易出现热失控。当动力电池温度处于较高水平时,会出现电池容量下降、内阻升高等现象,甚至出现起火和爆炸事故,严重影响动力电池在实际生活应用中的可靠和安全,因此为了把动力电池工作温度控制在合适的范围之内,必须针对电动汽车使用过程建立一个完善、可靠并且高效的动力电池的热管理系统。以某公司磷酸铁锂电池为对象,根据相关国家标准,利用数值仿真分析对该电池单体、标准动力电池模组及其冷却板进行了研究,所做的主要工作内容如下:(1)通过对相关文献的分析,研究了国内外锂电池模组热管理的研究现状,并对市场常用电池模组冷却方式做了对比和总结。(2)先简要介绍动力电池结构、工艺和基本工作原理,然后分析了锂电池的生热机理和传热特点,建立电池单体生热模型。(3)运用boussinesq假设,使用ansys中的fluent模块对动力电池的单体进行自然对流工况下的数值仿真模拟,分析其仿真结果与试验结果误差在5%以内,验证该电池仿真模型的准确性。同时对动力电池单体进行不同环境温度的自然对流分析,结果表明该锂电池在使用中须采取冷却措施。(4)根据国家标准设计电池标准模组和冷却板,采用正交试验设计方法对所设计的四种电池模组方案分别进行筛选,得出每种方案内的最优配置参数后,再比较每种方案之间的优劣,选择最优方案Ⅱ。以理论计算流体温升和仿真结果作对比验证模型准确性,同时分析得出最优方案Ⅱ中冷却板的最大温差超出目标温度,仍需进一步优化。(5)以电池模组的冷却板为研究目标,首先进行参数化几何建模,确定优化变量和响应值,把热边界以UDF热通量形式施加给冷却板,然后使用响应面模型进行优化,最后再次建立模型进行分析验证,对比发现,冷却板整体温差减少9.5%,压力降减少了16.88%,在保证冷却板工作效率的同时,优化效果明显。