动力电池热管理系统研究

电动汽车以其高效、节能、无污染的特点,在近些年得到了高速发展。但电动汽车在低温下难启动,高温下自燃或者碰撞起火等与动力电池相关的问题逐渐暴露出来,其中最主要的问题就是动力电池包的热失控,所以对动力电池包进行热管理显得格外重要。本文以72Ah磷酸铁锂电池(LiFePO4)和100Ah的三元锂电池为研究对象,对低温与高温环境下的热管理提出具体的电池组热管理结构和实施方案,从传热学和流体力学角度,用Fluent进行数值模拟分析方案的可行性,并通过试验进行验证。分别进行-20℃至40℃环境温度下1C、1.5C、2C放电倍率的放电实验,以及1C和0.5C充电倍率下的充电实验。得到在不同环境温度下电池表面的温升变化和电池组开路电压随时间的变化关系,利用脉冲充放电实验(HPPC)测定动力电池内阻得出单体电池的产热功率,为分析热量在电池之间的传递规律提供数据支撑。建立基于铜棒和热管间接传热的电池组热管理模型,开展基于铜棒和热管的低温热管理实验和基于铜棒的高温热管理实验,研究在不同温度区间内最佳的热管理方式,和不同的热管理方式下所能取得的热管理效果。利用数值模拟方式对单体电池产热,以及动力电池组在热管理方案下的温度分布进行仿真研究。针对三元锂动力电池,基于热电制冷效应,利用铝片、热管等开展电池组在30℃环境温度下的散热管理实验。通过数值模拟和实验验证得出该热管理系统在不消耗外界能量的情况下可将电池表面温度降低5℃,在3C放电情况下,能够将电池表面温度控制在45℃以下。表明该热管理模型相关计算的正确性和该模型的合理性,满足动力电池热管理系统的使用要求。