鋰離子電池包熱管理系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化

在汽車總保有量不斷增長、化石能源逐漸減少的,新能源汽車的發(fā)展已經(jīng)成為了各國以及各大汽車企業(yè)所關(guān)注的重點領(lǐng)域。動力電池作為電動汽車的主要能源,其性能的優(yōu)劣直接影響到汽車整車性能的好壞。電動汽車動力電池種類有許多,賽曼所選用動力電池為鋰離子電池。由于鋰離子電池自身機(jī)制的原因,在工作時將產(chǎn)生大量的熱,而過高的工作溫度將降低鋰離子電池工作性能。因此在鋰離子電池包溫度達(dá)到警戒線時,必須采用一定的散熱措施來降低鋰離子電池的溫度。賽曼首先介紹了電池包熱管理系統(tǒng)的研究背景及意義,給出了目前常用動力電池的類型及特點,并對國內(nèi)外電池包熱管理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀做了介紹。然后介紹了鋰離子電池結(jié)構(gòu)及其化學(xué)原理,給出了鋰離子電池產(chǎn)熱模型,并根據(jù)單體鋰離子電池1C倍率放電下溫度變化曲線,計算出了單體鋰離子電池1C倍率放電時的發(fā)熱功率,發(fā)熱功率為4W。其次賽曼進(jìn)行了空氣自然冷卻電池包的熱特性實驗以及熱仿真。首先,對鋰離子電池包進(jìn)行3個完整的1C充放電循環(huán),使用溫度測試儀記錄電池包表面溫度變化,并在實驗結(jié)束后繪制電池包表面溫度隨時間變化曲線。然后,進(jìn)行空氣自然冷卻電池包的熱特性熱仿真,與實驗結(jié)果進(jìn)行對比,得出結(jié)論:空氣自然冷卻電池包的熱特性仿真結(jié)果與實驗基本一致,說明電池包熱仿真邊界條件設(shè)置合理;根據(jù)仿真與實驗結(jié)果,可以知道電池包在空氣自然冷卻下運(yùn)行時,溫度變化過大,最高溫度與溫差都超出電池包安全運(yùn)行要求,必須采取額外的冷卻措施,以保障電池包安全工作。,賽曼根據(jù)電池包結(jié)構(gòu)與冷卻要求,設(shè)計了電池包熱管理系統(tǒng)。首先對熱管理系統(tǒng)進(jìn)行了壓阻計算,根據(jù)仿真結(jié)果,優(yōu)化了水路結(jié)構(gòu),使水路壓阻降低,總壓降減小。然后使用水路優(yōu)化后的熱管理系統(tǒng)與電池包進(jìn)行了流固耦合熱仿真,通過仿真計算,發(fā)現(xiàn)相比于鋁合金導(dǎo)熱板,石墨材料導(dǎo)熱板由于其各向異性,有利于均衡不同單體電池間的溫度,能有效降低電池包溫差。,對所設(shè)計的電池包熱管理系統(tǒng)進(jìn)行了電池包加熱流固耦合熱仿真,結(jié)果表明該電池包熱管理系統(tǒng)能很快地對電池進(jìn)行加熱,使電池可以在規(guī)定的工作范圍內(nèi)運(yùn)行,并且保證了電池包溫差在一定范圍內(nèi)。