纯电动汽车锂离子动力电池热分析及温控研究

随着科学技术的进步,我国的新能源汽车行业也随之进入到了一个蓬勃发展的时期,不仅解决了一个又一个的技术难题,而且很多的技术已经成熟,达到了批量生产并进行销售的环节,在某些领域已经达到了其他欧美国家发展的进度,甚至已经超过了这些国家,这主要是得益于国家863计划的研发支持。国内很多汽车企业,如BYD、长安、江淮等都对新能源汽车,尤其是纯电动汽车给予了大量的资金上和技术上的强烈支持,国家财政和相关部门也对电动汽车的发展给予了资金的支持和政策的支持,但是从纯电动汽车目前的发展来看,还是存在很多的问题,其中最大的一个问题就是很多的电动汽车上面没有装备一套全面的、完善的电池热管理系统,并且很多的汽车厂商也没有研制出这样的一套系统,在这样的情况下,电池热管理系统的研发就需要得到更多的关注,更要成为相关科研机构和汽车厂商的研究重点了。电池组是纯电动汽车上面提供行驶动力及相关部件工作的唯一动力来源,只有装备一套完善的电池热管理系统对车用电池组进行科学的管理,才能使电池工作在合理的温度区间内,保证电池的电化学性能得到最大发挥,从而延长电池的使用寿命。本文首先对电池单体和电池组进行了生热温度场仿真,然后对电池组进行散热仿真,最后通过电压均衡进行电池组的温度控制。论文主要研究内容如下:1锂离子电池的生热机理和传热特性的分析。首先分析锂离子电池的结构和工作原理,然后再分析锂离子电池的生热机理及传热特性,为之后的热效应模型的建立和仿真做了一些理论指导。2锂离子电池单体和电池组的生热温度场仿真分析。首先建立锂离子电池的热效应模型,然后计算锂离子电池热物性参数,再确定热效应模型的初始条件和边界条件,最后进行锂离子电池几何模型的建立和网格的划分,进而对电池进行生热温度场的仿真分析。3锂离子电池组散热温度场的仿真分析。首先对三种冷却方式进行了优劣势的对比分析,根据分析结果选择的散热方式是空气冷却,其次建立了电池组散热的流固耦合模型,通过计算得到的雷诺数与临界雷诺数的比较确定了湍流形式,然后对流固耦合模型设置了合理的边界条件,进而对电池组在100A恒流放电,进风口的风速分别为2m/s和5m/s的通风条件下的散热温度场进行仿真分析,最后通过对串行通风形式和并行通风形式的理论分析,并且参考并行通风形式对进风口和出风口进行了改进,再进行电池组散热温度场的仿真分析。4电池单体和电池组端电压的均衡控制。首先进行了均衡控制策略的分析,设置了均衡阈值为0.15和0.1,然后通过对主动均衡和被动均衡的理论分析,确定了本设计所选择的均衡方式,即电池包之间的均衡选择电阻消耗式被动均衡,电池单体之间的均衡选择电感式主动均衡,进而进行了均衡系统的结构设计,最后选择合适的元器件对电池单体和电池包进行了静置、充电以及放电的实验,实验结果验证了本次设计的有有效性。