纯电动汽车锂离子电池的热分析及散热结构设计

新能源汽车的迅速发展对解决“环境”与“资源”这两大难题有着十分重要的意义,作为纯电动汽车的核心部件-电池,承担着越来越重要的角色,但电池的发热问题对电池本身的安全性能和使用寿命影响较大。因此需要对电池的发热行为进行分析并采取相关的散热措施。本文的研究工作主要从以下几个方面开展:1.对锂离子电池的结构、发热行为及发热原理进行理论分析,阐述电池热失控的一般过程及产生热失控原因,通过试验探究温度对电池性能的影响。首先对不同温度下电池的充、放电深度进行探究,其次对不同温度下电池的内阻进行测量,采用密集的环境温度区间,并拟合多项式,用于热仿真内热源代码的编写,并通过理论计算求得电池的热物性参数,为后文电池温度场的发热仿真提供数据基础。2.根据传热学及计算流体力学相关理论知识,建立电池小模组及电池包的发热、传热数学模型及有限元分析模型,对电池小模组在不同放电倍率下的发热情况进行仿真分析,并进行试验验证。在仿真分析与试验研究一致的前提下,根据分析结果进行小模组液冷散热结构的设计,通过试验验证散热结构的有效性,并对采用不同冷却介质、不同冷却液温度下的散热效果进一步探究。3.探究不同车速下电池包内部的发热情况。首先,纯电动汽车以不同车速在城市工况下匀速行驶,获取瞬时电流数据,通过加权计算得到加权平均电流,并将其作为温度场仿真的输入条件,其次将仿真监测与实车采集的温度数据进行对比,验证了模型的准确性,确定了不同车速下电池包的发热情况并得到结论:纯电动汽车在不同车速行驶下,电池包内部的发热与车速有关,车速越高,热量积聚越快,温升越高。4.在现有电池包的基础上,进行电池包液冷散热结构的设计,并与未采用液冷散热结构的电池包,在环境温度(25℃)下、以1C放电倍率持续稳定放电的温升情况进行对比,温升降低了3℃左右,结果表明:液冷散热结构具有较好的散热效果。本文主要探究了三元锂离子电池在不同工况下的发热特性,根据分析结果采取相关的热管理措施并验证其有效性,研究结果对解决电动汽车电池的安全及寿命等问题具有重要意义,亦将为今后三元锂离子电池包液冷散热结构的设计提供理论指导。