基于流固共轭的锂离子电池组热力学分析及散热结构研究

电池作为电动汽车的动力来源,其工作性能和使用寿命受其温度的影响很大。在一定的温度范围内,电池容量会随温度的升高而有所增加,但是当温度过高时,电池内部不可逆反应速度加快,导致其容量下降,同时,电池内部会产生大量的热量,如果不及时进行有效地散热,则会出现局部过热,甚至发生热失控引起爆炸。因此,对电池组进行热力学分析,优化散热结构可有效提高其充放电效率和循环使用次数,并保障其安全性。以磷酸铁锂电池为研究对象,首先,根据其生热机理,分析电池在低温和高温下的性能变化,发现其内部的热量主要来源于反应热与焦耳热,其中焦耳热与内阻的变化密不可分,因而通过电池的内阻特性实验测得了在不同放电倍率以及环境温度下其内阻的变化,并对影响电池热特性的因素进行了实验分析,随后,建立电池单体的三维热效应模型,采用FLUENT内置的MSMD模型进行热电耦合仿真分析,并与实验结果进行对比,以验证该模型的有效性,最后,设计电池组的散热结构,利用电池单体本身进行导流,减少流体流动的阻力,在此基础上,建立电池组的热效应模型,基于流固共轭传热机理,分析气流通道间距和进风口角度对电池组温度分布的影响,从而优化其散热结构,并通过研究气体的流速和温度对电池组温度分布的影响,使其散热结构发挥最佳性能。研究发现,通过对电池组散热结构的进一步优化,确保了电池组工作在合理的温度范围内,满足了电池单体温度一致性的要求,为纯电动汽车电池组的热管理系统设计奠定了基础。