射流冷却对动力锂电池组热环境控制的模拟研究

动力锂电池以优良的性能表现在电子设备、工业产品、交通工具等领域被作为其核心部件广泛应用。在能源与环境问题越来越被重视的当今社会,电动汽车的技术公关与市场推广已成为各国关注的焦点。而作为其动力源的动力电池,制约以动力与速度为追求的电动汽车行业的健康发展。然而在电动汽车上,由于电池的能量密度低,在运用到电动汽车上作为动力来源时,动力电池必须组成大密度的成组结构形式为电动汽车提供了足够动力。组成电池组系统后的电池单体由于空间的限制排布紧密,导致在随后的使用过程中电池单体所散发出的热量聚集,且不易消除,这必然引起电池系统内部温度过高,也可能使电池组内的温度分布产生不一致。为解决动力电池系统在使用过程中出现的过热与温度不均的问题,本文进行了电池组热环境控制方法的研究,主要内容与结论如下:本文对动力锂电池系统的工作原理、成组构成与产热原理进行了研究分析,建立锂离子电池热效应模型,确定了动力锂电池组热环境控制的研究方法。基于均匀送风理论方法的研究分析,完成了利用射流冲击原理的强化散热冷却系统的设计。使用CFD数值模拟方法,对本文提出的大容量锂电池系统热环境控制方案进行详细研究,分析其对热环境的影响与作用效果。建立了均匀送风模块、送风模块控制单元与装配有完整的送风模块的电池组系统三种数值模型,分别从送风状态、送风参数、电池组模块温度场、压力场、气流组织等不同的角度对此射流强化散热方案进行研究分析,进行优化。对送风模块每支风道所控制的电池组单元的热环境进行数值模拟结果表明,多种送风工况下电池组最高温度为307.19K,最低温度306.53K,温差为0.65K,都远低于控制值,说明送风模块对电池组系统散热的改善效果是非常明显的。在此模型的基础上,分析了送风参数对电池组热环境的影响,增大通风冷却系统的风量能够降低电池组系统的最高温度与电池组系统内的温度差,但是仅改变送风温度难以到达控制电池组间温度差异的效果。对装配有完整的送风模块的电池组系统模型进行了数值模拟计算,确定了散热模块最优的气流组织形式。该模块在电池组系统的终温与温度均匀性控制性上均有良好表现,验证了带有射流强化散热模块对锂离子电池系统热环境的控制效果。本课题的研究内容为动力锂电池组热环境的控制提供了新方法,该研究成果可以作为实际运用的参考与依据。