电动汽车电池冷却系统的数值模拟研究

电池是电动汽车的核心部件之一,其性能好坏直接影响到电动汽车的性能。对电池进行有效的热管理,使得电池包工作时,其内部温度分布均匀,而且整个电池包温度维持在电池的最佳工作温度范围内,对提高电池性能、延长电池寿命至关重要。本文研究了Li FePO4电池的生热和传热规律,并通过数值模拟的方法研究了该电池组成电池包的空气冷却系统,得到了维持电池包内部每个电池模块温度分布均匀条件下的最佳配风方式。本文主要工作及结论如下:(1)综述了单体电池的产热和热模型,及电池包热管理技术的研究进展。(2)对比不同正极材料的安全性能后,将26650Li FePO4电池作为研究目标,并确定了最佳温度范围及温差要求;以及该电池的内部组成、反应过程、产热项和传热特性。(3)构建Li FePO4电池三维仿真模型,研究了不同条件下的温度场变化规律。结果表明:工作电流对电池的温度变化起决定性作用,降低环境温度或增大对流传热系数都有助于降低电池温度。单体电池热分析模型的仿真结果与实验结果吻合。(4)为了验证数值模拟结果的准确性,首先对空气冷却的电池包进行仿真模拟,然后与实验结果进行比较,两者高度一致。(5)为了改善空冷效果,利用我们的专利技术,设计了多进口型空冷装置。对该装置进行了数值仿真研究,结果表明,该系统最大温差值和标准差值都远小于普通风冷电池包;前端进口流量增大时,最大温差值和标准差值都是先变小后变大的,故系统必然存在一种最优流量分配方案。(6)从侧边进口的个数、进口位置的选择及进口结构的设计这三方面,对多进口新型空冷电池热管理系统进行优化设计,并对系统的总体性能进行综合评价。结果表明,当侧边进口数量为3个时,其侧边三个进口倾角分别为60o、60o、60o的系统电池温度一致性最好。在侧边前端进口in2、3和后端进口in6、7这四个进口处设置导流板后,电池组的整体温度差异性是所有优化设计方案中最好的。