电动汽车动力电池直接接触式液冷系统的研究

电池是电动汽车的关键部件,温度对电池的性能和寿命有很大影响,所以近年来以控制电池工作在合理温度范围为目的的电池热管理技术成为了研究热点。其中,散热问题是该研究的重要内容之一。本文提出了一种直接接触式液体冷却方案,采用理论分析、数值计算以及试验测试相结合的研究方法证实了该方案的可行性。(1)通过电池单体充放电试验对所研究的三元锂电池进行了测试。主要包括不同环境温度、不同倍率下对于电池温升的影响,电池发热规律,内阻随SOC、温度的变化情况以及电池开路电压随温度变化的敏感程度。在试验测试的基础上基于生热传热理论建立了电池单体热模型,在1C(37A)、2C(74A)、3C(111A)、4C(148A)的恒倍率放电工况下对电池的温度场分布进行了模拟。电池单体所呈现的温度分布与试验测试一致,仿真值与实测值基本吻合,所建立的热模型可以模拟实际情况。大倍率放电时将引起高温问题,4C放电时电池最高温度达到58.3℃,须考虑散热。(2)在单体热特性和建模理论的基础上,对电池模组的散热进行了研究。自然冷却时模组最高温度超过70℃,局部热失控,存在严重安全隐患。进而采用变压器油直接接触电池组冷却,同样的工况下能将模组最高温度和单体平均温度的最大温差分别降低到43.1℃和6.7℃。对冷却结构进行改进,采用3进1出的流体通道,并设置电池固定板使变压器油能够直接接触电池底面。散热效果有明显改进,模组最高温度和单体平均温度的最大温差分别减小到34.2℃和2℃,将其确立为试验测试的箱体结构。(3)以改进后的流道结构为基础综合固定和密封等问题完成了电池箱体的设计与加工。完成了诸如油泵、散热器、过滤器等元件参数计算与选型,搭建了模组液冷试验平台,对电池箱体直接接触液冷效果进行了试验测试。变压器油可作为电池组液冷方案的优良冷却介质,在试验测试中各工况下各测点温度变化情况基本一致,温度均匀性良好,但在温升值上试验值略高于仿真值。改进原有模型的边界条件使之与试验相符,仿真值和试验值可以较好地吻合,所建立的电池模组散热模型能近似模拟实际情况。加入小型风扇的方法验证了温度不可控的问题的同时也说明了采取主动散热手段对于散热效果进一步改善的可行性。