电动汽车锂离子电池液冷热管理研究

在当今社会能源危机与环境污染情况越发严重的背景下,电动汽车以其特有的优势得到了广泛的应用,而动力电池作为电动汽车核心“三电”中最重要一电,电动汽车的各项性能与寿命直接受到动力电池的影响。过高或过低温度均无法使电池正常工作,严重者甚至会发生热失控,产生爆炸,因此,设计一套有效的热管理方案,将电池组温度控制在合适的范围内成为必要。本文针对某公司纯电动物流车的方型锂电池,以其电池箱体结构为基础,采用理论分析、计算机模拟与实验验证相结合的方法进行研究,从而设计出一套有效的电池热管理方案,在低温环境中对电池组进行加热,在高温环境中对电池组进行散热,使电池组一直可以在合适的温度下工作,实现电池热管理的目的。本文的主要研究内容与结论如下:(1)对锂离子电池的基本原理与结构进行了分析,同时分析了电池在充放电情况下的生热与散热机理,计算确定了本文中所使用LP2714897型锂电池的物性参数。(2)建立了单体电池的三维模型,对单体电池在不同放电倍率,不同对流工况和不同环境温度下进行了计算机数值仿真模拟,得到了不同情况下的温度云图与电池表面温升;设计了单体电池温升实验,完成单体电池的温升试验,对实验结果进行分析,同时与仿真结果进行对比,两者温差在1℃以内,证实了仿真的合理性。(3)依据电池箱体结构尺寸,在箱体中对方型锂电池进行排列与布置;设计出一套完整的热管理方案,包括温控结构设计与其在箱体中的布置,以及对水泵,换热工质,散热器与加热器的计算与选型。(4)最后,对电池组流场与热场的进行模拟仿真。首先对系统的整个流场域进行了流场仿真,并根据流场仿真的结果对系统结构进行了优化,将进出水口调整至中间位置,再次进行仿真,结果比较理想,各支管中的流速差减小到了0.26m/s,温控板中流速差减小到了0.03m/s,可视为均匀分流。其次,基于均匀分流的条件,建立单个温控板与电池组模型,在高温工况与低温工况下,对传热模型进行热仿真分析,根据所得到的监控点温升曲线与1800s时的温度云图可以看出,本文所设计的热管理系统可以良好的将电池组温度控制在合适的范围内,并且温差基本可以小于5℃。