锂离子动力电池热分析及散热优化

由于传统单向流风冷易引发电池组散热不均的问题,为了维持动力电池的热稳定性,本文设计了一种有效的液冷措施,来控制电池组的温度,保持电池组的温度均匀性,这将对延长电动汽车的使用寿命和提高电动汽车使用安全性具有重要意义。本文主要完成了以下内容:(1)简介锂离子电池的结构、工作原理,分析锂离子电池的生热机理和传热机理。(2)对单体锂离子电池进行热特性相关实验,建立电池的热效应模型。并用Fluent软件模拟了不同恒流放电时电池的热特性。得到仿真结果表明:数值模拟得到的温升特性和实验测得温升特性基本一致,验证了电池热效应模型和数值计算相关参数设置的合理性。(3)在电池热效应模型基础之上,对动力电池组系统结构简化,并采用计算流体动力学(CFD)方法对传统的单向流空气冷却方式进行了分析。在电池组内的单体电池分别以5A放电时,采用风速为4m/s的空调风对电池组进行冷却,电池组的表面温差仍有8.76℃。仿真结果说明:仅依靠提高空气流动速度或降低冷却空气温度对控制电池组的温差并不能达到非常理想的冷却效果。(4)由于空气冷却使电池组存在明显的温度不均的问题,设计了一种电池组的液冷管道装置来解决这种问题。同时对单向流液冷方式进行了改进并且对最初设计的液冷装置冷却结构不足之处进行了优化。通过对优化后模型的仿真,结果表明:在相同的放电条件下,电池间表面的温差只有2.12℃,结构优化后的液冷装置极大改善了电池组在冷却时温度不均的情况。