基于石蜡/石墨基的动力电池热管理系统设计与研发

能源和环保是当今世界亟待解决的两个重大问题,汽车油气的消耗占能源消耗的很大比例,给环境保护与节约能耗带来很大压力。为更好的解决环境能源问题,更好的为人类服务的新能源汽车必定是社会发展的大趋势。电动汽车中锂电池作为其根本动力来源是车辆的核心部件,动力锂电池的核心技术一直是业内研究的重点。温度又是影响动力电池组性能的关键因素,过高过低的温度都会导致电池的容量、寿命和能量效率的降低。因此,保证车辆无论在高温还是低温环境下工作温度均控制在合理温控范围内是发展电动车的关键技术。本论文题目是基于石蜡/石墨基的动力电池热管理系统设计与研发,采用相变材料的被动温控方式与搭建铜管导热的主动温控方式相结合,建立主被动相结合的混合式动力电池热管理系统,并进行电池组装车行车试验,达到对热管理系统优化的目的。主要研究内容和结论如下:(1)制备并测试石蜡/石墨复合相变材料的热物性。为克服单一相变材料在加工难、相变后易流动、易泄漏、导热系数较低等问题;研究决定将石蜡/石墨制备成复合相变材料。对复合相变材料进行热导率测试,解决单一相变材料易出现的问题。(2)建立单体电池三维模型并进行ANSYS热仿真分析。通过对单体电池进行仿真,结果表明电池发热部位主要在中心部位,其次在极耳处,为后续试验提供理论依据。(3)测试被动以及主被动相结合的电池热管理系统温控性能。1)先在被动温控系统下进行中、低、高温度工况下不同倍率的放电试验。结果表明放电倍率越高,电池最高温度上升越剧烈;且在高温工况5C放电倍率下,监测最高温度达43.55℃,最大温差达3.73℃,后续温度仍有上升趋势,电池温控有失效的风险;在低温工况(-20℃)下测试最低温度-8.4℃,显然单纯依靠被动热管理系统不能电池工作最低温度控制在20℃以上。2)主被动相结合的温控系统下进行同等试验。在高温条件下,5C放电率测试结果显示,最高温度为41.55℃,最高温差为2.12℃,控制电池最高温度在40℃左右;在低温工况(-20℃)下测试最低温度-8.6℃,且能在短时间内将温度调节至25℃左右。很明显,主被动热管理系统中电池的温度控制在合理范围内。(4)动力电池组装车行车试验。通过对动力电池模块进行行车试验,监测对比被动温控方式与主动相结合温控方式的温控效果,主要结论如下:1)通过在平地工况下被动温控模块最高温度达到55.12℃而且上升斜率较高。而主动相结合温控方式最高温度达到40.32℃,较被动温控方式低了26.85%,上升斜率较缓慢;2)通过车辆爬坡测试时被动温控模块最高温达到59.25℃,而主动相结合温控方式最高温度达到40.25℃,较被动温控方式低了32.07%。且温差较小,电池内部温度更加均衡。