车载动力电池组热管理仿真模拟与优化

电动汽车具有节能、环保等优点,能有效的缓解环境污染的压力,已成为未来汽车行业的发展趋势。车载动力电池组作为汽车的动力来源,其性能好坏对整车性能有决定性影响。车载动力电池多为大型动力电池,使用过程中由于生热较多,且不易散出,造成电池组中温度分布不均,局部温度过高等问题。致使工作过程中电池的能量效率将会下降,寿命缩短,严重时甚至会发生变形、爆炸等危险。因此,控制电池组内电池工作时的温度的范围与均匀性十分必要。本文选取一款纯电动汽车用66Ah锂离子动力电池及其对应的电池组,分析单电池与电池组热效应,对电池组热管理提出方案,并仿真优化。主要的研究内容有:首先,针对所选锂离子电池研究分析其结构、工作原理以及工作时的生热机理与传热机理,对单电池建立热模型。然后,根据建立的热模型,仿真模拟单电池工作过程中电池表面温度变化与温度分布。对比实验测试电池表面温度值和仿真模拟电池表面温度值,验证模型准确性,修正模型。完成单电池模拟后,将修正的模型应用在电池组中,仿真模拟电池组工作时的温度分布。对电池组提出强制冷却方案,针对提出的冷却方案,仿真模拟电池组工作时的温度分布,分析温度分布的均一性,并模拟优化冷却方案。优化后发现,在环境温度为20℃、30℃与40℃时,冷却风入口面积为6S(S为单电池侧面面积,110mm×44mm)时,冷却效果最佳;进一步优化冷却风量,发现在20℃、30℃与40℃时冷风风速分别为26.7m/s、80.1m/s和80.1m/s冷却效果较好,更经济。在此基础上,将空气入口等分为两部分,改变入口间距,优化温度分布。模拟发现,环境温度为20℃、30℃与40℃时,当空气入口间距143mm时,第一排电池正面中心温度分布最均匀,整体温度最低;当空气入口间距55mm时,第二排电池温度分布更均匀。