基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理研究

在能源与环境问题备受关注的背景下,电动汽车的发展迎来新的热潮,锂离子电池因优越的性能被广泛作为动力源。电动汽车在行驶时,锂离子电池组内部有大量热量产生,若不及时散热,热量在电池组内部积累造成电池温度迅速升高和温度不均匀性增大。长期的高温及温度不均将减小电动汽车的行驶里程、安全性、使用寿命,因此电动汽车锂离子电池的散热仍是发展中的焦点问题。本文主要针对锂离子电池的散热这一问题展开了深入研究。主要研究内容如下:(1)分析总结了国内外关于电池的生热机理及电池生热速率模型的研究。针对选择的生热速率模型,通过实验测量了不同环境温度不同放电倍率下锂离子电池的内阻及温度,获得了该锂电池的内阻特性及温度特性。结合电池生热速率模型及实验,预估锂离子电池不同工况下生热量,以便后续锂离子电池的仿真研究。(2)依据电池生热机理,建立18650锂离子电池三维仿真模型,利用STAR CCM+软件仿真了锂离子电池模型在不同温度不同放电倍率下温度变化。然后把仿真与实验进行了对比,分析可知该模型能准确的反映锂离子电池温度变化。(3)选取电动汽车锂离子电池组的一个模块为研究对象,研究了无散热系统时,锂离子电池组的温升。根据散热需求设计了八种不同的冷却管道结构,比较分析了在各冷却管道结构下锂离子电池组的温升、温度均匀性,认为冷却管道结构五有最佳冷却效果。(4)针对冷却管道结构五研究了冷却液进口流量、冷却液温度、冷管的宽度等不同冷却因素对散热效果的影响。研究发现:同一冷却液进口流量下,锂离子电池组的放电倍率越大,其内部温升及温差越大;同一放电倍率下,电池组内部温升及温差随着冷却液进口流量的增加不断下降,但当流量达到一定程度后,温度则不再随着流量的增加而变化。不同温度冷却液进行冷却,冷却液温度越低锂离子电池组内部温度下降越快,但温度下降过程中温差也越大;同一放电倍率下,以不同温度冷却液进行冷却,锂离子电池组内部温差会逐渐趋于一致。冷却液进口流量恒定时,冷管截面宽度越大,锂离子电池组内部最高温度相对越低;在放电过程中,冷管截面宽度越大,锂离子电池组内部的前半段时间温差越大,后半段时间温差越小。