锂离子动力电池组热管理系统设计

随着全球范围内的能源紧缺和环境问题的日益凸显,电动汽车作为新能源汽车的代表,成为了国内外车企和研究所的研究重点。作为应用最为广泛的动力电池,锂离子电池的性能很大程度上受温度的影响。在高温环境下,电池温度的快速积累存在着很大的安全隐患,严重的情况有可能造成电池的起火燃烧。在低温环境下,电池充电困难,而且可用容量严重下降,内阻成倍增加。因此在高温时对电池进行适当的散热和低温时对电池进行适当的加热能够有效的改善电池的工作环境和工作性能。针对夏季高温环境,本文通过建立一种电池的集总参数热仿真模型,对运行在哈尔滨公交工况下的电动汽车电池系统进行温升分析,提出了电池表面传热系数和环境温度的定量关系,运用线性回归方法总结了电池温升随工况循环次数、传热系数变化的函数关系,为高温环境下电池热管理系统的设计提供了依据。仿真结果表明,当环境温度为30℃时,哈尔滨城市道路公交工况下的电池表面传热系数应至少设计为12 W/m2 K,哈尔滨快速公交工况下的电池表面传热系数应至少设计为22 W/m2 K,哈尔滨郊区公交工况下的电池表面传热系数应至少设计为32 W/m2 K。证实了电池温升和工况循环次数、传热系数之间为近似线性关系。针对冬季寒冷环境电池的预热问题,本文通过集总参数热模型分析了采用短脉冲充放电方式对电池进行内部预热的情况下电池温度的变化,得出了充放电倍率和预热时间之间的定量关系。仿真结果表明,采用短脉冲充放电方式预热电池,将电池预热到目标温度5℃的时间和充放电倍率满足指数函数关系,为低温环境下电池热管理系统的设计提供了依据。为了有效设计电池外部预热系统,本文通过建立电池包热场有限元模型,对低温环境下采用电加热膜方式加热的电池包的热场及温度变化进行仿真分析,得出了四种加热膜覆盖率中的最佳覆盖率,为低温环境下电池热管理系统的设计提供了依据。