锂离子动力电池热分析及优化

锂离子电池因为其高能量密度等优异的性能在各方面得到了大量应用。锂离子动力电池的热稳定性，严重影响电动汽车的安全性和生命周期。放热反应会引起电池内部热聚集，导致热失控引发电池的燃烧或爆炸。通过电池热管理，控制电池组温度和温度差在最佳的工作温度范围，对提高电动汽车的安全性能和寿命具有重要意义。本文的主要工作可以概括如下: （1）分析了锂离子动力电池的生热与传热机理，及其充放电过程的热量来源，确定电池传热散热方式。并通过对Bernardi等建立的电池生热速率模型进行分析，确定在FLUENT中对生热速率的处理方式，实现生热速率随温度动态实时变化。 （2）采用计算流体动力学（CFD）方法，通过FLUENT对电池模块的单向流散热方式进行了分析，并研究了冷却空气的温度和速度对电池模块散热效果的影响。 （3）采用往复流散热方式对电池模块进行散热优化，降低了单向流不可避免的温度梯度。仿真分析结果表明，锂离子电池由1C放电倍率增加到最大放电倍率13.33C，模块内温度均匀度由12.1%提高到62.4%。往复流可实现电池模块的良好散热，极大降低温度差，提高电池模块温度均匀度，并有效降低电池最高温度。 （4）利用计算流体动力学虚拟试验与正交优化相结合，对影响往复流散热性能的往复流入口速度、温度及往复周期三个参数进行了优选，揭示了三个试验因素对试验结果的影响规律。