多回路水冷方式的动力电池组热管理系统研究

在电动汽车行驶过程中,动力电池组持续放电,尤其是在加速、爬坡等工况下会频繁地大电流放电。放电过程中,电池组内部会发生电化学反应而快速生热、温度急剧升高,过高的温度会导致电池寿命和容量下降,甚至会造成电池组燃烧。因此设计有效的电池热管理系统对电池组进行散热和温度控制,对电池组性能的保持和电动汽车高效稳定地运行有重要意义。电池组热管理的要求是根据电池的生热机理,保证电池包内各个单电池工作在合理温度范围内的同时尽量维持包内各个电池及电池模块间的温度均匀性。目前的电池水冷系统主要侧重于冷却介质的选取和散热系统结构的设计,而热管理策略和温度控制算法的研究还有很大的提升空间。本文在采取多冷却回路并联的基础上,采用均匀水冷的策略,保证了各支路冷却液流速一致,对提高电池组温度控制的均匀性做出了贡献。本文分析电池的生热机理,基于电池充放电过程中的生热模型和能量守恒定律,建立电池的热模型,在保证有效性和准确性的基础上,对模型进行一定的简化,以求直接得到电池温度的解析解,为电池组的温度估计以及散热系统的控制算法设计提供基础。在AMESim中搭建电池散热系统的仿真模型,结合电动汽车整车模型和电动车运行工况,确立合理的散热方式,设计并优化散热系统的结构。基于已建立的电池热模型和对应的散热系统结构,设计温度控制算法,并在MATLAB中进行算法的离线仿真,结合AMESim建立的电池组散热系统的模型,验证算法的有效性和鲁棒性,并进行参数和结构调整及算法修正。