电动汽车用锂电池热管理系统研究

随着电动汽车技术的快速发展,电动汽车用动力电池组存在的问题也不断暴露出来。电池温度对电动汽车的续航里程和电池包的使用寿命有着决定性作用,甚至直接关系电动汽车司乘人员的生命安全,采用科学合理的热管理系统将电池组温度控制在安全合理的温度范围之内,有助于改善动力电池的性能以及延长其使用寿命,保障其使用安全性。论文主要研究内容如下:首先分析了研究电池热管理系统的意义以及国内外研究进展,针对其存在的问题和不足,提出了复合相变材料与半导体制冷技术相结合的电池热管理模型。其次,本文对TAFEL—LAE895型100Ah三元锂电池在不同放电倍率下的产热进行了理论分析,并基于Bernardi等人提出的产热计算公式,对本文研究所选的三元锂离子电池进行了不同放电倍率下的产热计算,同时从传热学角度,根据传热学相关知识进行了验证。第三,根据本文所设计热管理模型以及理论分析数据,采用Fluent仿真软件模拟了石蜡融化过程以及不同放电倍率下,本文所设计热管理模型对电池表面温度控制效果,并对仿真结果进行了分析。仿真结果与理论计算结果较为接近,纯石蜡吸热后流动性较强,随着石墨含量的增加,复合相变材料导热率提升,热管理效果逐渐增。最后,搭建了动力电池充放电实验平台,进行了不同倍率下放电实验,研究电池表面温升及温度均匀性情况,从而验证热管理效果。结果表明,电池表面温升速率以及最高温度随充放电倍率的增大而显著增加,且单体电池之间的温度均匀性也会随之变差。增加膨胀石墨含量可提升复合相变材料的导热性能,降低石蜡吸热熔化后的流动性,提高其热管理性能;将复合相变材料与半导体制冷技术结合后,对该热管理性能有较大提升,且相变材料导热率越高,控温效果越明显。在电池组高倍率放电工况下,可将电池表面最高温度控制在500℃以下,并改善了电池组内单体电池之间温度均匀性,将温差控制在了3℃之内。