纯电动汽车锂动力电池组温度场特性研究及热管理系统实现

近年来在能源危机和空气污染问题日趋严峻的情况下，各国都积极地发展纯电动汽车技术和推进纯电动汽车商品化。纯电动汽车的动力来源于电池组，因此整车性能依赖于锂动力电池组能否发挥其最大的性能。锂动力电池性能受环境温度的影响很大，温度对锂动力电池性能的影响主要表现为温度高低和温度分布均匀性。锂动力电池组热管理的目的是控制电池组的温度和实现电池组温度均匀分布。当锂动力电池长期在高温环境下工作，电池内部产生不可逆反应物，加快电池循环使用寿命衰减，当温度达到电池材料燃点时，导致电池组起火；当锂动力电池在低温下工作时，电池的内阻会随着温度的降低而升高，可用容量下降。因此，对锂动力电池组进行有效地热管理不仅可以提高电动汽车的动力性和经济性，还能防止整车行驶过程中因锂动力电池组故障引发的安全问题。本文研究了锂动力电池的生热机理及热特性，通过仿真分析了锂动力电池单体和成组温度场特性，为改善电池性能设计了锂动力电池组热管理系统。 研究内容如下： (1)通过对国内外热管理相关文献阅读和总结，分析了锂动力电池热管理的国内外研究现状及应用前景，找出现有电池组热管理系统研究存在的问题。根据理论及应用现状选取热管理系统的传热介质和实现形式。 (2)通过锂动力电池单体及成组试验分析了锂动力电池的热特性，主要是锂动力电组的充放电容量、内阻、寿命等参数随温度的变化关系，设计了测量锂动力电池组热物理参数的试验，测量和估算出锂动力电池的比热容、导热系数、生热速率等参数。 (3)分析了锂动力电池单体传热机理和热传导方法，利用ANSYS仿真软件建立了锂动力电池单体的三维热模型，分析了单体在不同的工况下温度变化情况。通过单体仿真结果与试验值的对比验证模型精确性，结果表明模型误差不超过1.5℃。在得到准确单体三维热模型基础上，本文仿真分析了锂动力电池组的系统方案，研究了不同的设计参数对锂动力电池组温度场分布的影响，根据仿真结果优化锂动力电池组空气流场，确定电池箱系统方案。 (4)依据锂动力电池组热管理系统要实现的温度控制目标制定锂动力电池组热管理系统的总体框架和温度控制策略，对热管理系统的软硬件进行设计开发，利用VB编写了上位机显示界面，并对系统进行了调试。 (5)通过系统试验验证了锂动力电池组系统仿真模型准确性和电池箱及温度控制系统的功能，研究了锂动力电池组低温下能耗和低温加热的温度门限值。