电池热管理系统结构设计及其优化

新能源汽车在近几年有了长足的发展,电动车销量每年都在不断上升,但是伴随着电动车的运行期间,各类安全问题也日益凸显,尤其是因为电池过热造成的安全事故。电池作为新能源汽车的动力源,电池充放电性能的优劣直接影响车辆的运行。电池的工作环境对温度要求较为严苛。温度超过50℃会影响电池内部化学反应,温度低于15℃会影响电池的充放电,因此需要对电池进行热管理,保证电池工作在合理的温度范围,充分发挥电池的工作性能。本文提出了一种新型液冷热管理系统并进行优化,具体工作如下:(1)以A123锂离子电池为研究对象,实验研究了电池单体的温升特性,并建立电池生热模型,计算了电池的导热系数、比热容和密度,根据计算数据搭建电池单体热仿真模型。对照单体温升实验数据与热仿真模型数据,得出热仿真模型数据与实验数据相接近,误差小于5%,符合单体热仿真模型的需求。(2)提出了一种新型液冷散热系统,并取电池模块中一个电池组为研究对象,分别研究了在冷却液流速不同、冷却液温度不同、放电倍率不同、冷却板高度不同时,电池组的温升特性和电池组的温度一致性。并结合了液冷散热系统的特点设计了电池组在严寒条件下的加热系统,加热速率达到0.6℃/min,温差小于2℃。(3)对热管理系统结构进行优化,提出了“阶梯式”冷却板结构,优化后该系统表现出良好的温度一致性,当运用“阶梯式”冷却板时,冷却板的重量相对于温度特性最好的整体式而言,减少了22.26%,电池之间的温差更是减少了9.46%。在表现出更好的温度一致性的同时还能减少电池组的重量。(4)对于“阶梯式”冷却结构,可以减少流速来达到与原系统相同的温度一致性目标,整体式结构在流速为12g/s情况下达到电池组温差最小为3℃,利用阶梯式在达到相同的温差情况下只需流速为7.8g/s。从而可以通过减少流速来降低系统的能耗。(5)将阶梯式冷却结构改为中间对称式结构,可提升单体温度一致性。本文提出的新型液冷热管理系统表现出良好的温度一致性,完全满足电池热管理设计目标。