混合动力汽车用电池组热平衡及其支承结构研究

随着资源紧缺和环境保护问题的日益严峻,世界汽车行业纷纷对混合动力汽车开展广泛研究。镍氢电池组作为一种混合动力汽车用新型储能元件,其性能与使用寿命直接关系到整车的性价比。受车载空间和行驶工况影响,镍氢电池在充放电过程中产生的大量热量若不能有效散发,将导致电池组内温度上升和各处温度的不一致性,从而降低电池组的性能及使用寿命;同时为保证电池组的结构可靠性,要求电池组在各种整车工况下满足强度及动态特性需求,因此深入研究镍氢电池组的结构及热平衡,对提高电池组使用寿命、改善电池组充放电性能及保证整车安全运行具有十分重要的意义。本文在对镍氢电池组反应原理、生热原理进行理论分析基础上,进行了镍氢电池组充放电特性试验研究,结果表明,温度对电池组的直流内阻、充放电效率和可用容量具有重要影响;根据试验结果,提出了混合动力汽车用镍氢电池组的温度指标。根据整车功率需求及电池组散热目标,按照整车边界条件,采用计算流体动力学(CFD)方法,通过对电池组的流场和温度场进行数值模拟仿真分析,优化设计了电池模块支承结构,并根据电池组的制造工艺要求,采用有限元分析方法,通过对电池组支承结构进行强度、动态特性模拟仿真分析,优化设计了电池组支承结构。结果表明,电池组温升、电池模块之间的温差及电池组支承结构的强度、模态能够满足混合动力汽车用镍氢电池组的使用要求。为验证所设计的电池组,进行了电池组样机研制,并根据混合动力汽车用镍氢电池组性能的试验标准和试验方法,进行了试验工况下的镍氢电池组充放电试验、温度场测量以及电池组X、Y、Z三个方向的耐久、振动试验和整车100%正面刚性碰撞试验。试验结果表明,仿真分析结果与试验结果具有较好的一致性。本文研究结果已用于“吉利深度混合动力汽车—帝豪EC7车型”。