电动汽车用锂离子电池热特性及散热装置的数值模拟

锂离子电池以其优越的性能广泛应用于电动汽车中，然而，工作过程当中锂离子电池产热明显，如果不及时散热，很容易引起电池内部的热量堆积导致电源系统出现故障以及安全事故的发生。因此，开发合理有效的锂离子电池组热管理系统，对于提高电动汽车安全性至关重要。本文基于锂离子电池产热机理，建立锂离子电池热效应模型，模拟不同使用条件下锂离子电池的温度特性，并针对不同散热装置模型进行仿真分析并进一步优化设计，以提高锂离子电池组散热性能。本文主要研究内容如下： （1）通过查阅文献，系统总结了电动汽车电池热管理技术研究现状；从电池安全性以及使用寿命的角度，对比分析现有车用动力蓄电池类型以及结构特点，确定26650型号圆柱形LiFePO4锂电池作为研究对象，阐述锂离子电池反应原理以及产热机理，并对电池热特性进行分析。 （2）建立锂离子电池热效应模型，利用ANSYS软件仿真分析了自然对流情况下锂离子电池的热特性，研究了相同环境温度、不同放电倍率下电池温升情况以及在相同放电倍率、不同环境温度下的温升情况；并进一步模拟了15A脉冲放电工况的电池热特性，通过对比试验数据，验证了热效应模型的合理性。 （3）以锂离子电池热效应模型为基础，建立电池单体以及电池组风冷散热装置模型，模拟了强制风冷下散热装置的速度和温度特性，并针对错列布置以及添加导流板两种优化方案进行仿真分析。结果表明：两种优化方案均可改善锂离子电池组散热情况，扇叶状导流板能将电池组内温差控制在5℃之内，满足电池组内部温度均匀性使用要求。 （4）鉴于风冷散热系统中沿着风道流动方向电池组内温度不一致性问题，设计了一种应用于液体冷却的电池散热装置，该散热装置主要包括导热套筒以及基于流向设计的冷却绕管。通过对该散热系统模拟仿真，结果表明：在10C放电工况下，电池内部温差只有3℃，液冷散热装置起到很好的冷却效果。 上述研究结果可为电动车用锂离子电池热管理系统研究及设计提供参考。