纯电动汽车锂离子电池组液冷散热系统研究

动力电池作为纯电动汽车的唯一的动力源,其性能的优劣直接影响整车的性能,而温度是影响电池性能的重要因素,电池处于高温时,如若未进行有效的散热措施,电池性能会迅速衰减,甚至引发热失控,因此对电池散热系统进行研究具有重要意义。本文以某公司生产的三元锂离子电池组为研究对象,采用理论分析、数值模拟、试验验证相结合的方法对电池的发热行为进行分析并进行了相应的散热措施。主要研究内容如下:(1)在分析锂离子电池结构组成、工作原理、产热、传热和散热原理的基础上,研究了温度对锂离子电池循环寿命、容量、电池内阻和热稳定性的影响,同时进行了不同放电倍率和不同温度条件下的单体温升试验。(2)依据电池生热机理,建立单体热仿真模型,在STAR-CCM+软件中进行瞬态温度场仿真,将仿真值与试验值对比验证仿真模型的准确性,同时分析了放电倍率、环境温度、对流换热系数对单体温升的影响。最后研究了11个单体组成的小模组在不同放电倍率下的温升特性,仿真结果表明高倍率放电小模组温升远超出电池的最佳工作温度范围,需对单体及模组进行相应散热措施。(3)针对给定的电池模组设计了一款电池液冷散热系统,在Advisor软件中进行整车HWFET循环工况仿真获得该工况下的整车动态电流,以此获得电池的生热速率,然后对电池组液冷系统进行稳态仿真,仿真结果表明,在环境温度30℃,冷却液入口温度20℃,质量流量20g/s的情况下,电池1C放电,电池组的最高温度26.27℃,最大温差为4.4℃,系统冷却性能良好。最后分析了环境温度、冷却液入口温度、冷却液流量和接触热阻对电池组液冷换热特性的影响。(4)针对电池组液冷系统温差较大现象,分析导致电池组温差较大的原因,从导热系数和增加辅助液冷板两个角度改善电池组温度均匀性,仿真结果表明提高电池组、液冷板的导热系数都可减小电池组温差;增加辅助液冷板可减小电池组温差,且流向相反时温差减小更显著。最后基于实际情况确定了电池温度均匀性改进方案。(5)将设计的液冷系统搭载实车进行整车高温中低速定速爬坡和高温高速爬坡试验验证系统的冷却性能,同时将两种工况下的放电电流作为模型输入对电池组液冷系统进行瞬态仿真,对比仿真结果与试验结果验证液冷模型的准确性。