车用动力电池包的散热仿真分析

随着新能源汽车的发展,动力电池包作为电动汽车的重要储能元件与动力源也成为当今世界研究的重点。锂离子电池具有许多优点如能量大、能量密度高、使用寿命长和耐高压等,能够满足车用动力电池的许多要求,是目前在电动汽车上广为使用的动力电池。动力锂离子电池包的安全包括许多方面,热安全是其中很重要的一部分。动力锂离子电池包的工作温度对动力电池乃至电动汽车的安全都至关重要。电池组长时间工作在恶劣的热环境中会对电池的性能有显著的影响,严重时电池会受到不可恢复的损坏,因此需要合理的设计电池包的结构,将电池包内的温度控制在合理的范围内。首先通过剖析锂离子电池的生热机理,结合理论和试验研究准确获取锂离子电池生热速率,建立锂离子电池单体的热效应模型。依照电池试验手册进行了锂离子电池单体的特性试验及恒倍率温升试验。通过锂离子电池的特性试验确定锂离子电池充放电内阻的R-SOC曲线及电池在不同SOC状态下开路电压数值即OCV-SOC曲线,确定锂离子电池单体的生热速率的计算方法。通过分析锂离子电池的恒倍率充放电试验,研究锂离子电池在恒倍率充放电下的温升特性。建立锂离子电池单体的热效应模型并通过与锂离子电池的特性试验验证模型的有效性及准确性。基于锂离子电池单体的热效应模型及电池包的几何尺寸建立动力锂离子电池包的三维实体热效应模型。通过稳态仿真试验,在自然风冷的情况下,设计不同组别的电池包,研究在不同充放电倍率下,组成电池模块的单体数目、电池包的进出风口数量及电池包进出风口的形状对锂离子电池包散热效果的具体影响。并且在强制风冷的情况下通过稳态热仿真分析了电池包内的温度分布,研究了进风风速在不同的充放电倍率下对于电池包散热结构的具体影响。为改善锂离子电池包内的温度场分布的均匀性,研究了侧面进出风对电池包的温度场分布的影响。基于进出风口等影响因素对电池包温度场分布的具体影响及侧面进出风结构的温度场分布改进了电池包的散热结构,使得电池包的散热效果有所改善,温度均匀性有所提高。