电动汽车锂动力电池组液气复合冷却结构设计与散热分析

随着节能环保的思想深入人心,电动汽车将会成为未来的主流交通工具。锂离子动力电池作为纯电动汽车的主流动力源,具有环保、低自放电率、长循环寿命等优势。锂离子动力电池是整车的核心部件,在充放电过程中其由于自身的特性会产生大量的热量。这些热量若不能快速地散发出去,会导致锂电池组的温度急剧上升,严重影响电池组的性能以及循环寿命。严重时可能造成热失控问题,车辆出现燃烧的情况,危及车辆和人身安全。故而,对锂电池组进行热管理十分有必要。本文以磷酸铁锂单体(Li Fe PO4)为研究对象,建立实体三维模型和生热仿真模型,应用仿真软件模拟单体的温度分布。再根据此分析结果,设计磷酸铁锂动力电池模组的冷却结构和箱体结构。采用被动风冷和液冷两种方式,通过CFD软件对电池模组进行散热分析,验证仿真结果是否满足电池模组的设计目标。本文研究的主要内容有以下几个方面:(1)阐述长方形Li Fe PO4电池结构及充放电时电池内部Li+的移动规律,分析Li Fe PO4电池的生热来源和传热特点。且阐述计算流体的四个基本方程以及方程求解的一般步骤。(2)合理地简化Li Fe PO4电池单体结构,建立生热速率模型和三维模型。且确定电池单体的密度、空间方向上的导热系数、比热容等参数值以及生热速率函数表达式。应用fluent软件分析在常温环境和自然对流条件下电池单体以不同倍率放电后的温升云图。设置电池单体模型的验证实验,证明热模型的可靠性。(3)以纯电动车的动力性和续航里程为约束目标,在ADVISOR中建立整车模型。并在不同工况下对整车模型进行仿真,得到整车和Li Fe PO4电池模组的相关参数的变化曲线。同时以满足车辆最大动力性为目标,得到极限工况下电池模组的生热速率与时间(q-t)关系式。(4)设计冷却管道和箱体外形的结构,并建立Li Fe PO4电池模组的几何模型。且设定Li Fe PO4模组的热管理目标。在复合冷却条件下,分析Li Fe PO4模组的温升情况,其结果满足电池组最高温度和单体温差的设计要求。