电动汽车锂离子电池组热特性分析及电池箱体散热结构优化

由于能源危机和环境污染越发严重,电动汽车在此背景下应运而生。国家“863”计划重点支持电动汽车的发展,近些年已经攻克了一系列电动汽车行业关键技术难题。动力电池作为纯电动汽车唯一的能量来源,其性能好坏直接决定着电动汽车整车性能的好坏。锂离子电池因为自身比能量高、无记忆效应、自放电低、循环性能好等优势成为电动汽车动力电池的主导电源。但是锂离子电池工作性能的好坏与工作温度息息相关,电池组温度太高、太低或者温度分布不均匀都会严重影响电池组的工作性能。因此,对电池组热管理系统的研究是很具有现实意义。本文针对某纯电动汽车用方形磷酸铁锂电池温度场分布应用计算流体力学方法(CFD)进行研究。首先,对锂离子电池的结构和工作原理进行探讨,进一步研究锂离子电池的充放电特性和发热机理,得出锂离子电池生热量包括焦耳热、极化热、反应热和副反应热等四部分。其次,在空气自然对流时对锂离子电池单体进行不同放电倍率下温度场仿真实验,仿真结果表明电池单体在高倍率放电时,温度分布极不均匀,而且最高温度远远超过锂离子电池工作温度范围。第三,完成电池箱散热流道初步设计,对其进行不同放电倍率下的温度场仿真实验,对不足之处进行优化设计,优化之后的散热流道能够明显降低电池组最高温度。研究进风口风速对电池组散热效果的影响,一系列仿真结果表明,将风速限制在一定范围(10m/s)是有必要的。第四,特别针对电池组在不同工况下温度场均匀性提升进行研究,对电池箱体结构做进一步改进。在电池组上下都增加薄铝板,用以快速把电池组热量散开。针对改进结构做不同工况下的仿真实验,选出三种典型工况下的最佳风速。通过本文的研究,最终设计出一套动力电池组散热流道,并且通过计算机仿真实验证实了其良好的散热性能。