基于高导热壳体的动力电池热管理系统设计与研究

在能耗与环境问题的双重压力下,发展以EV/HEV为主的新能源汽车受到世界极大关注。电池热管理系统作为制约动力电池性能的核心技术之一,一直是业内研究的热点与重点。合理的热管理系统可将动力电池控制在最佳工作温度范围内,提升电池循环寿命,对提高整车性能有莫大影响。本文针对采用复合相变材料/液冷管道作为传热通道的锂离子动力电池电池热管理系统,从相变材料研究计算及制备出发,根据电池产热机理及传热理论,设计一款能与32650圆柱形电池相匹配的高导热相变棒体；通过对高导热相变棒体的三维计算及结构分析,设计并开发一套用于棒体成型的注塑模具；搭建棒体/液冷通道用于电池热管理的实验平台,通过自然对流/强制对流,常温/高温下不同充放电倍率的实验,研究该系统的性能。主要研究内容和结论如下：1、研究锂离子动力电池内部结果产热机理及温度对其充放电性能及寿命的影响；研究锂离子单体电池的产热计算及相变/液体冷却的散热效果；设计了复合PCM模块用于48V10.5Ah电池包低倍率(1C)放电下在恒定环境温度分别是40℃、43℃、46℃的散热实验系统,验证加入PCM可以提高系统的降温和均温能力。2、对高导热塑料N720分别根据标准GB/T 1040《塑料—拉伸性能的测试》与GB/T9341—2000《塑料-弯曲性能的测试》进行拉伸与弯曲性能试验,包括试验前的标准件注塑工艺；以可行性热仿真研究为前提,根据高导热塑料的热力学及结构力学性能,设计一款用于填充复合PCM材料并且中部能连通液体管道的导热棒体。3、设计开发单分型面的注射模,通过不断的修改,最后开发出一套用于32650电池模块的高导热棒体的注塑模具；依据流体力学,设计蛇形盘管结构,用3.5mm塑料管贯穿与高导热棒体之间,采用双水泵结构(10W与4.5W),能充分保证管内水流能带走PCM的热量。4、电池模块1C/2C/3C充放电自然冷却实验,并且分析工作后搁置时间区间内的温度变化,对比密封和非密封情况；电池模块1C/2C/3C充放电强制冷却实验,设计合理的风道结构,采用功率为12W风扇,对电池进行均衡散热,结果与上节作比较；采用高温箱恒温40℃实验实验,对比自然冷却与棒体冷却的数据,其中2C充放电有TDisMax=55.5℃、TChaMax=52.3℃,比高温箱自然冷却时的2C充放电分别降低了9.2%和6%。1C充放电有TDisMax=46.2℃、TChaMax=45.8℃,比高温箱自然冷却时的1C充放电分别降低了8%和7.9%,局部温差控制在2℃之间；采用液冷方案,在1C放电下无明显变化,但在2C高倍率情况下,液冷实验的最高温度会比棒体冷却低3℃,对性能优化起到更好的作用。