基于空调系统的交变式电池热管理系统性能研究

电动汽车锂电池的性能和寿命在使用过程中受温度的影响很大,直接影响到纯电动汽车的整车性能,所以电池温度的好坏直接关系到整车性能的好坏。因此对动力电池的热特性的研究是电池管理系统甚至是整车管理系统设计中至关重要的。本文以某种混合动力坦克装甲车辆的35Ah的方形软包LiMn_2O_4动力电池为研究对象,针对其在坦克装甲车上的应用,采用了实验测试和有限元仿真等方法,开展了锂动力电池组热特性的研究。首先,介绍了电池的种类和锂电池的分类,然后对电池的内部结构进行了研究,分析了电池的工作原理,对电池生热机理、传热机理进行了研究;简要的介绍了电池的选型方法,然后对电池的导热数学模型进行了建立,以及获取单体的热物性参数和生热速率;基于建立的模型,对单体电池的自然散热进行仿真,并与模拟电池的实验数据进行对比,验证了模拟电池的可行性。其次,设计出了一个空调系统与电池组耦合的散热系统,实现了电池组正、反向冷却、带空调的外循环冷却、带空调的内循环冷却的各种冷却模式;然后利用二维仿真对电池成组之后的温度场进行仿真分析以及电池箱体的结构优化,得出的结论是电池箱体的进出风口位置、楔形流道宽度、电池组的倾斜角度以及电池单体之间的间隙这些因素对电池组的散热有很大的影响,并且最后通过对这些因素的对比得出了一个最优的箱体结构。第三,对电池组在单向散热时的各种放电倍率、冷却风温、冷却风速进行稳态仿真分析,以及对电池组在双向散热时的不同换向时间进行瞬态仿真分析,得出了在298K的环境温度下4C放电时,提高风速已经不能满足散热要求,反而会使电池单体之间的温差增加;过度降低冷却风温,会使电池组出现过冷的现象,而且电池单体间的温差也变大了;双向散热能够有效的降低电池组内的最高温度,降低电池单体间以及单体内部的温差;增大换向的频率并不能够降低电池组的最高温度,但是可以改善单体间的温度一致性;低温加热时,提高加热风温不如提高加热风速的作用大等结论。最后,通过对仿真以及实验的结果对比分析,验证了电池组仿真模型的正确性以及散热系统的可靠性。