电动汽车用锂离子电池组散热结构设计及优化

近年来,汽车的数量急剧上升,传统汽车面临着温室效应加重和自然能源枯竭的双重问题,而电动汽车则是应对目前严峻环境和能源问题的有效措施。作为电动汽车的动力来源,锂离子电池不仅能量密度高,而且循环寿命长,所以广受应用。然而,温度对电池工作性能的影响很大,不仅会降低电池的寿命、容量和功率等性能,甚至可能发生安全问题。所以,为了使电池能更好地发挥其性能,必须对电池散热结构的性能进行研究。总结了电池产热、电池散热和对流换热的基础理论,阐述了CFD仿真的控制理论,为电池温度仿真和流体分析奠定了基础。确定了电池的热物性参数,模拟了电池在高倍率放电时的温升情况。研究了相变材料的散热性能,当电池的产热速率较高时,相变材料不能长时间地控制电池的温升。然后,设计了一种利用相变材料和恒径管相结合的电池散热结构,研究了恒径管数量、进口尺寸、流向和质量流量对散热性能的影响。结果表明,恒径管虽然能帮助相变材料快速地恢复潜热,有效控制了电池的最高温度,但是却严重破坏了电池的温度均匀性。因此,利用相变材料和恒径管相结合的电池散热结构不能满足电池的散热要求。最后,为了改善电池的温度均匀性,设计了一种利用相变材料和渐扩管相结合的电池散热结构,并在CFD软件中建立了热模型,研究和证明了渐扩管的优势。研究结果证明,渐扩管能够在及时恢复相变材料潜热的前提下,有效地保护了相变材料创造的电池温度均匀性。在相同情况下,运用渐扩管和相变材料相结合可以实现更好的温度均匀性,同时还能明显减少管道数量和质量流量。最后,在常温、高温预冷却和低温预加热的条件下,验证了设计的相变材料和渐扩管相结合的电池散热结构能更加有效地控制电池的最高温度和最大温差。