风冷式动力电池组热管理系统及结构优化分析

汽车已经成为人们主要的出行交通工具,但是随着汽车数量的增多,对环境所带来的污染也日益严重。电动汽车的出现正在改变这种现状,因为电动汽车不会因为尾气的排放而对环境造成污染。电动汽车的动力依靠动力电池组提供,但是动力电池在高倍率放电时会产生大量的热量使电池组温度升高,对动力电池的工作性能、安全性能、工作寿命有很大的影响。电池组的温升和局部温差是影响电池组工作效率的关键因素,动力电池组的温度能够维持在电池正常工作的温度范围内,对提高电动汽车性能、延长电池寿命有着非常重要的影响。为保证动力电池组稳定高效的工作,则需要动力电池热管理技术对电池组的温度进行合理的管控。本文分析了锂离子动力电池的生热和传热规律,并选取18650型锂离子电池作为研究对象,通过数值模拟的方法研究了该型电池组成的电池组空气冷却系统的散热效果并对其进行优化分析。本文主要工作及结论如下:(1)主要阐述了动力电池的产热机理和电池热模型,同时对电池包的热管理系统进行了研究。参考常见的不同类别的动力电池,最后确定18650锂离子电池作为研究目标,并确定了其最佳温度范围及温差要求以及该型电池的内部结构、电化学反应原理、产热机理和传热特性。(2)首先探究了电池组的排列方式对电池组温度的影响,对不同排列方式的电池组模型进行模拟分析,结果表明横排错位的电池组排列方式的散热效果最好。(3)为了进一步改善空冷系统的散热效果,本文设计一种在电池组间增加导流板对冷却空气起到导流作用,并对其进行多因素分析:从导流板的间距比例、间距大小、面积、材料等多方面进行系统分析,得出最优电池组散热模型。(4)最后对电池箱体进行优化分析得出散热效果最好的箱体结构尺寸,并在电池箱体侧面和正面增加进风口来改善电池散热系统的冷却性能。当多进口风冷系统在不同的进风流量分配的方案下进行模拟分析,从侧面和正面进口的个数以及侧面进口的角度进行优化设计,最后对两种不同位置增加进风口的方式进行综合对比。结果表明,当在侧面设置4个进口且进口倾角为2个45°、2个90°时,电池组温度满足电池正常工作温度的要求并且所消耗的能耗也相对较小,此时电池冷却系统的综合散热效率最佳。