电池组内射流冷却对热环境控制的数值研究

锂离子电池以能量效率高、功率密度大、寿命长等优势,成为电动汽车领域青睐的动力电池。动力锂离子电池箱结构紧凑,电芯发热量容易聚积,而动力锂离子电池对工作环境的温度范围要求较高,因此热环境控制极为重要。本文针对动力锂离子电池系统热特性,提出了基于射流冲击强化传热的通风冷却方法,采用非稳态扰动和附加蓄热体进一步提升热环境的控制能力,进行了全面的CFD模拟和分析。1.建立了均匀送风系统,并施加非稳态扰动,通过对不同周期和振幅设定下的非稳态射流冲击导致的温度场和速度场的分析,对比扰动的效果。非稳态特性改善了电池组温度场的均匀性,对电池组总温升影响不明显。其中非稳态送风的波幅比送风频率的影响更显著。2.通过调整送风口长宽比改变射流流型,通过对不同边长风口的射流冲击结果的对比,分析了送风口对电池组射流冲击效果的影响。减小送风口长度可以提高射流冲击的换热能力;对电芯热均匀性的影响存在最优的长度。本文最优工况下,电芯的最高温升和最大温差分别控制在4.85K和0.29K。3.提出蓄热体辅助空气射流冲击的冷却方案,通过蓄热体比热容和导热系数的分析,以及是否设置蓄热体的结果对比,研究了蓄热结构对动力锂电池组射流冷却能力的提升效果,蓄热体降低了电池组的温升,提高了电池组的温度均匀性。蓄热材料的比热容对改善动力锂电池组的终温的效果显著。本文最优工况下,蓄热体使电池组最高温升降低了2.54K,最大温差降低了0.83K。