基于液体直接接触式电动汽车电池热管理系统研究与设计

温度对电池的性能和寿命都有很大影响,就目前技术而言还无法使电池在较宽的温度范围内都保持高性能,因此利用电池热管理系统将电池温度控制在最佳工作温度范围内就显得十分必要,基于此本文提出一种液体直接接触电池的热管理系统方案,采用理论分析、数值计算及试验验证的方法对热管理系统进行研究和设计,主要工作如下:(1)对目标电池进行充放电试验,综合电池的容量维度、内阻维度、放电电压维度以及寿命维度得到电池的最佳工作温度范围为15℃~40℃。分析电池实际使用温度范围与电池最佳工作温度范围的差异得出电池热管理系统的必要性并基于此确定了热管理系统目标性能,同时对热管理系统的结构和原理进行了详细阐释。(2)基于计算流体力学和传热学基础建立了单体电池热模型,并对电池进行了恒倍率放电下的温度场模拟,仿真结果与试验结果趋势一致,两者最大误差在7%以内,证明建立的电池热模型是可靠的。同时为了更好地模拟电动汽车实际使用过程中电池的生热情况,建立了基于NEDC和UDDS工况下的电池生热模型,得到了电池在各工况下的瞬时生热功率,为后文电池组的仿真分析奠定了基础。(3)提出了顶部平行式“U”型流道、底部平行式“U”型流道和高低交错式“U”型流道三种不同形式的流道结构并建立了相应结构的流固耦合模型,仿真结果表明高低交错式“U”型流道结构比平行式“U”型流道结构具有更好的散热、加热综合效果,因此选择高低交错式“U”型结构为本文流道的结构形式,在此基础上对电池组的散热、加热和保温效果进行了仿真分析,确定了系统散热和加热最佳流速为1.0m/s,加热功率为500W,保温材料为二氧化硅气凝胶,保温层厚度为10mm。(4)在仿真分析的基础上完成了热管理系统关键零部件选型计算,设计了热管理系统箱体结构,加工了热管理系统功能样机,制定了热管理系统控制策略,搭建了热管理控制系统程序模型,最后对基于液体直接接触式电池热管理系统进行了试验研究,结果表明该热管理系统具有良好的散热、加热和保温性能,试验结果和仿真结果基本一致。