新能源汽车锂电池热管理仿真分析

近年来,随着能源紧张和环境污染的日益凸显,新能源汽车得到越来越多的关注。作为新能源汽车的核心部件,动力用锂离子电池在汽车运行过程中,会产生大量的热量,若不采取有效的热管理措施,将导致电池组温度过高,不仅会影响电池的使用寿命和动力性能,严重时甚至引发电池组的燃烧或爆炸,带来很大的安全隐患。因此,开发合理的电池热管理系统,优化电池组的热管理结构显得十分重要。本文基于动力电池的基本结构和产热机理,以某公司生产的磷酸铁锂电池为例,利用Bernardi计算模型得到放电过程中整个电池的生热速率计算公式。然后采用UG软件对电池进行三维建模,利用ANSYS软件仿真分析。通过对单体电池模拟结果和实验结果的比较,验证了本文所建立的电池热效应模型及生热计算模型的准确性。在此基础上以电池组最高温度和最大温差为监控目标,采用不同的冷却方法(箱体通风冷却、箱体开缝通风冷却、相变材料冷却、翅片自然对流冷却、翅片通风冷却、翅片开缝通风冷却、翅片与相变材料复合冷却等)对电池组的热特性进行了分析和比较。结果表明:(1)采用箱式通风冷却能显著的降低电池组的最高温度和最低温度,但温差较大。增加进风口处风速,电池组最高温度和最大温差均有所降低。对热量易堆积处箱体开孔,电池组温度分布得到改善,但温度均匀性仍然较差。(2)大电流长时间放电时,单纯采用相变材料冷却不易满足电池组冷却需求。且完全溶化后会阻碍电池热量散出。因此此种结构模型的相变材料冷却不适合应用在连续工作的电池组中。(3)翅片自然对流冷却仅能满足小倍率放电时的电池组热管理需要。电池组大倍率放电时需要采用翅片通风冷却方式,且风速越大,电池组温度越能得到很好的控制。在满足电池组冷却需求的基础上,也可以对翅片开缝通风,以减小系统的重量。(4)当相变材料位于电池与相邻翅片组成的空隙中时,翅片与相变材料复合冷却能够将电池组最高温度和最大温差分别控制在45℃及5℃以下。当相变材料放置在电池之间且镶嵌在铜片两侧时,冷却效果欠佳,且增加相变材料长度,电池组最大温差并不能得到很好的改善。