电动汽车电池组液流热管理系统研究与设计

随着能源和环境问题的日益突出,电动汽车作为新能源汽车的代表,受到了大家的关注。虽然新材料和新技术的发展使各种新型电池应运而生,但是仍然无法使电动汽车的性能,制造成本和续航里程与传统的内燃机汽车相抗衡。这其中主要的原因是锂离子电池的性能与温度有着密切的联系,温度过高时,电池组的安全性较差;温度过低时,电池内的化学反应速率较低,电池的容量也会降低,这对续航里程和电池性能都会产生严重的影响。因此,对电池组热管理系统的研究对保证电动汽车正常工作非常有必要。本文首先总结电动汽车、动力电池和电池热管系统的发展。研究了锂离子电池的基本结构、工作原理和热特性。建立单体电池三维模型,确定电池相关的物性参数后进行温度场仿真,对比相关文献中的实验数据,验证了模型的有效性。通过仿真分析,研究了电池组在不同放电倍率下的温升情况。设计了一种新型的全浸式液流热管理系统,确定了换热介质及其相关物性参数,研究了冷却液流速和入口流道的楔形角度对电池组温度场分布的影响。研究表明,采用液体作为换热介质,当冷却液流速为0.2m/s,楔形角度为10o时,电池组的最高温度为33.91℃,温差为2.40℃。通过调整冷却液流速和入口流道的楔形角度,能达到理想的冷却效果,并且利用ADVISOR和FLUNENT联合仿真,验证了优化后的液冷系统在典型工况下也具有较好的冷却效果。同时研究了不同的冷却液流量和不同初始温度对电池加热的影响,研究表明,冷却液的流量为10L/min时,将电池组加热到18℃,大约只需要4min,既能达到加热效果,也能节约电能。在此基础上,本文对液流系统进行设计,初步实现了冷却-加热一体化,并进行了三维结构设计。最后提出了冷却和加热系统的控制策略,对研究和设计电池组热管理系统具有一定的参考价值。