新能源汽车动力锂电池热管理系统散热性能的仿真分析

随着经济社会的快速发展,能源危机与污染问题日趋严重,中国政府开始积极推动新能源汽车的发展,纯电动汽车备受瞩目。电池是为电动汽车提供动力的关键部分,因此影响着整车的性能,电池工作性能受温度的影响比较大,常常通过电池热管理系统加以控制。电池冷却方式主要有液体冷却、气体冷却、相变冷却等,本文研究了采用气体冷却方式时电池组温度变化特性,并探讨了在电池组中加入翅片冷却电池组的效果。以电池组最高温度和最大温差作为为评价指标,通过热管理系统控制温度场的均匀性,应用Pro/E建立单体电池及电池组的三维模型,ANSYS Fluent模拟2C放电状态下电池组的温度分布,并通过实验验证了仿真分析的可靠性。分别采用恒定内阻法和通过实验测试所得内阻拟合多项式计算电池产热,研究了电池导热系数对电池组温度的影响,发现电池厚度方向的导热系数在0.48~1.2 W m-1K-1之间变化时,电池组温度场基本保持不变。在此基础上,首先本文探讨了不同形式的进出风口对电池组温度的影响。发现进出风口设置4°倾角时电池组的最高温度低于无倾角或进风口有倾角模型的最高温度。而在高温电池顶部壳体或侧面打孔,可有效改善电池组温度场的均匀性。其次研究了不同结构、尺寸的翅片对电池组热管理系统散热性能的强化效果。加入翅片后电池组最高温度及最大温差明显降低。本文通过改变电池组间隙中翅片的长度、厚度来寻找合适的翅片尺寸。研究发现铝翅片伸出长度从1.5cm增大到6cm过程中,电池组最高温度降低,继续增加翅片长度,电池组温度基本保持不变。翅片厚度为0.5mm时温度场均匀性较差,而厚度为1、2、3mm时最高温度差别较小。再次,研究了翅片通风及开缝尺寸对电池组强化散热的影响。翅片末端强制风冷时,通风长度3cm时散热性能较好。翅片开缝可以减轻热管理系统的质量,节约成本,同时开缝能够起到扰动流场的作用。翅片开缝与保留部分1/1时翅片开缝宽度减小,电池组最高温度降低,翅片宽度均等于10mm时,最高温度随开缝数量增加而降低。最后用实验测试的电池组温度结果验证了电池组仿真分析的可靠性,采用内阻拟合计算得到的电池热源编程,将自定义函数UDF加载到仿真计算过程中,仿真温度随时间的变化曲线与实验曲线基本一致,最大偏差小于5%,证实了模拟结果的正确性。