动力电池组散热结构优化分析

温度是影响电池组充放电性能的主要因素,温度过高或过低都会对电池充电性能产生影响。对于单电池,温度过高会加速电池老化,降低循环使用寿命,或引起燃烧和爆炸;温度过低,充放电性能变差。对于车用动力电池模组,局部温度过高或温差过大都会引起动力电池模组整体性能下降。因此,控制电池组的温度处于合理的范围内十分重要。本文在综述国内外电池组热管理文献基础上,针对电池组温度过高和温度分布不均问题,以锂离子电池组为研究对象,利用Bernardi生热速率模型,运用流体动力学和响应面法对电池组散热结构在不同风速,不同充电倍率条件下温度场进行分析。1.针对锂离子电池组,采用空气冷却方式对其进行散热分析。在电池组散热过程中,锂离子电池内部产热以热传导的方式传递到电池外壁,冷却空气与电池外壁通过热对流的方式进行热量交换、箱体壁与冷却空气间绝热。基于以上过程,利用有限体积法对传热控制方程及流体控制方程进行求解。通过圆形出口、半圆形出口、矩形出口三种散热结构中电池组最大温度、温差和温度变异系数分析比较,矩形出口散热结构电池组的最大温度、温差和温度变异系数较另外两种散热结构相比最低,电池组温度均匀性最好。2.为进一步降低电池组最大温度和提高电池组温度均匀性。针对散热结构最佳的矩形出口散热结构,利用响应面法,以出口尺寸、顶间距、底间距、箱体顶宽和进口直径结构尺寸参数为设计变量,以电池组的最大温度达到最小为目标变量进行优化分析。结果表明:出口尺寸、顶间距、底间距、箱体顶宽和进口直径分别在70mm×45mm、4mm、5mm、92mm、90mm时矩形出口散热结构下电池组的最大温度和温差达到最小,分别为304.21K、6.22K,电池组温度均匀性最好