纯电动车用磷酸铁锂电池组散热研究

目前正处在纯电动车快速发展的时期，电池技术是制约电动车发展的最主要的关键技术。由于温度对电池性能有重大的影响，以控制电池组内部温度范围和均匀性为目标的电池组的热管理成为一个重要的研究命题。一般认为，磷酸铁锂电池组的最高工作温度不应超过55℃，电池组内部温差不应超过5℃。为了达到这个目标，本文对某国产纯电动车上的电池组的散热问题进行了研究。 本文通过实验手段测量了温度对该款电池的容量，开路电压（OCV），内阻等性能的影响,测量和计算了电池单体的热物理参数和发热规律。利用获得的性能参数和热物理参数，分析了该电池单体的热传递机理，并建立了电池单体的三维热模型。在自然对流条件下，分别以70A和50A的放电电流对该电池放电，从SOC（电池荷电状态）为1放电到SOC为0，模型的误差不超过1℃。借助三维热模型，本文分析了电池的内部温度场，发现其内部温度场比较均匀。又从散热面选择、外壳材料、对流换热系数三个方面研究了影响散热的因素。发现这三者对电池内部温度的均匀性的影响很小，并且三者的合理选择都能有效促进电池散热。 本文继而研究了电池组的散热问题。为了评估散热效果，设定了一种较为恶劣的散热环境，即周围空气温度40℃，路面温度60℃，电池组被安装在车底，还设定了两种工况：（1）电池组以1C放电1小时，（2）以1C持续（无限时间）充放电。以上述设定条件评估电池组的自然风冷散热方案。利用Fluent软件仿真，结果表明在工况（1）下，自然风冷的电池组的温度最高达到52℃，小于规定的温度上限55℃，这主要是因为电池的热容足以吸收1个小时内电池释放的热量；但在工况（2）下，自然风冷的电池组的温度将远远超过55℃。 为了满足更高的散热要求，本文提出了一种电池组强制风冷的散热方案。即用风机从环境中吸取空气，吹进电池箱内部，排出并带走热量。利用Fluent对电池箱内部的流动状况和温度状况进行分析，并根据分析结果，对散热设计方案进行了改进，经过两次Fluent仿真分析和改进，散热设计达到了较好的效果。最终使电池组在工况（2）下仍能满足温度不超过55℃的要求，各单体最高温度之差也小于5℃。